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Oli e grassi
Oli e grassi sono materiali familiari poicheacute formano unimportante parte della normale
dieta umana Oltre il loro uso come cibo essi sono stati utilizzati fin dallantichitagrave come
combustibili da illuminazione come base per profumi come pomata per scopi medici e
cosmetici Materiali per pratiche rituali avrebbero spesso compreso materie grasse e
come conseguenza del loro utilizzo essi sono stati spesso incontrati in contesti
archeologici come residui nel vasellame Il sottogruppo formato da olii siccativi egrave di
importanza basilare nella tecnologia dei rivestimenti in generale e in particolar modo nei
dipinti La chimica dei grassi bencheacute semplice come sostanza diventa piugrave complicata e
meno precisa quando egrave subentrata la domanda sulla siccativitagrave o polimerizzazione
Composizione
Non cegrave una differenza essenziale tra oli e grassi tranne che il primo egrave generalmente
liquido il secondo solido a temperatura ambiente Occorrerebbe ricordare che i grassi
animali che noi pensiamo come solidi sono liquidi alla temperatura corporea
dellanimale Clinicamente i grassi sono definiti come miscele di trigliceridi misti che
sono esteri dellalcool glicerolo triossidrilico con una gamma di possibili acidi grassi a
lunga catena I grassi formano il principale sottogruppo della piugrave larga classe di esteri di
acidi grassi conosciuti come lipidi la definizione dei quali qualche volta si estende a
includere altri composti grassi solubili Le proprietagrave fisiche e chimiche dei singoli grassi
sono determinanti dai tipi e dalle proporzioni di acidi grassi che entrano nella
composizione del triglicerde Definizione
I lipidi sono sostanze organiche ternarie insolubili in acqua e solubili in solventi apolari come
etere e benzene
Dal punto di vista chimico si dividono in
SAPONIFICABILI O COMPLESSI possono essere scissi mediante idrolisi in acidi grassi e
molecole portanti uno o piugrave gruppi alcolici (gliceridi fosfolipidi glicolipidi cere steridi)
NON SAPONIFICABILI O SEMPLICI non contengono acidi grassi nella loro struttura (terpeni
steroidi prostaglandine)
2
Acidi grassi
Mentre lintervallo degli acidi grassi che puograve essere trovato nei grassi egrave ampio la
maggior parte dei trigliceridi sono fatti da relativamente pochi di essi piugrave
specificatamente gli acidi grassi a catena lineare con 18 atomi di carbonio
3
I principali Acidi Grassi Saturi
Ndeg di C
Composizione Denominazione comune
Denomin IUPAC Notazione abbreviata
Punto di
fusione (degC)
Fonti in natura
4 CH3(CH2)2COOH Butirrico Butanoico C40 -5
6 CH3(CH2)4COOH Caprinico Esanoico C60 -2
8 CH3(CH2)6COOH Caprilico Ottanoico C80 17 Grasso del latte olio di cocco
10 CH3(CH2)8COOH Caprico Decanoico C100 32 Grasso del latte olio
di cocco
12 CH3(CH2)10COOH Laurico Dodecanoico C120 44
Grasso del latte olio di cocco semi di olmo (50 degli acidi grassi)
14 CH3(CH2)12COOH Miristico Tetradecanoico C140 58 Semi di Lauraceae oli di cocco
16 CH3(CH2)14COOH Palmitico Esadecanoico C160 62
Presente in tutti gli
oli e grassi vegetali ed animali latte (8-12) cocco (15-30) noce moscata
70-80
18 CH3(CH2)16COOH Stearico Ottadecanoico C180 72
Presente in tutti gli oli grassi animali e vegetalisego e
strutto(25-30) palma (30-50) cacao (25)
20 CH3(CH2)18COOH Arachio Eicosanoico C220 78
Presente in tutti gli oli e grassi animali e vegetali sego(20) strutto
(10) cacao (35) oli vegetali
(1-5)
22 CH3(CH2)20COOH Beenico Docosanoico C220 80
Presente in tutti gli oli e grassi animali in quantitagrave limitatesolo nellrsquoolio di arachide 1-2
24 CH3(CH2)22COOH Lignocerico Tetracosanoico C240
Presente in tutti gli
oli e grassi animali in quantitagrave limitatesolo nellrsquoolio di arachide 1-2
Presente in tutti gli oli e grassi animali
in quantitagrave limitate solo nellrsquoolio di
arachide 1-2
4
Ac Laurico (120)
Ac Miristico (140)
Ac Palmitico (160)
Ac Stearico (180)
5
I principali acidi grassi monoinsaturi
ndeg
Di
C
Composizione Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Notazione
abbreviata
Fonti in natura
10 CH2=CH(CH2)7COOH Caproleico cis-9-
decanoico C101 Latte
14 CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH Miristoleico cis-9-
tetradecenoico C141 ω5 Latte
16 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH Palmitoleico cis-6-
esadecenoico C161 ω7
Tutti i grassi
vegetali e animali
18 CH3(CH2)10CH=CH(CH2)4COOH Petroselinico cis-6-
ottadecenoico C181 ω6 Latte
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Oleico cis-9-
ottadecenoico C181 ω9
Tutti gli oli ed
grassi olio di oliva
(56-84)oli di
semi (38-72)
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Elaidinico trans-9-
ottadecenoico C18 ω9
Latte oli e grassi
raffinati margarine
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico trans-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Latte
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico cis-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Olio di pesce
20 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)7COOH Gadoleico cis-9-
eicosenoico C201 ω9 Olio di pesce
20 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)9COOH Gondoico cis-11-
eicosenoico
C201
ω11 Olio di pesce
22 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)9COOH Cetoleico cis-11-
docosenoico
C221
ω11 Olio di pesce
24 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH Selacoleico cia-13-
tetracosenocio
C241
ω13 Cerebrosidi
26 Ximenico cis-17-
esacosenoico
C261
ω17
26 Lumechico cis-21-
esacosenoico C221 ω1
6
Gli acidi grassi polinsaturi hanno piu di un doppio legame (-C=C-)
ndeg
di C Composizione
Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Nota
abbr NoteFonti in natura
18 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Linoleico
ciscis-912-
octadecadienoi
co
C182
Grassi essenziali ω6
(origine vegetale)Oli
vegetali in particolare oli
di semi (girasole mais
ecc)
18 CH3CH2(CH=CHCH2)3(C
H2)6COOH α-Linolenico
cisciscis-
91215-
octadecatrienoi
co
C183
Grassi essenziali ω3
(origine animale) Oli
vegetali in particolare oli
di semi (soia colza ecc)
18 C17H29COOH γ-Linolenico
cisciscis6-
912-
octadecatrienoi
co
C183
ω6 (origine vegetale) Oli di
pesce olio di semi di
Borrago officinalis olilo di
semi di Oenotera biennis
18 Morotico
cisciscis4-
81215-
octadecatetrae
noico
C184 Oli di pesce
20 C201
Oli vegetali in particolare
oli di semi (soia colza
ecc)
20 ciscis-1316-
docosadienoico C202
Oli di pesce olio di semi di
colza
20 CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH
Arachidonico
ciscisciscis-
581215-
eicosatetraenoi
co
C204 ω6 (origine animale) Oli di
pesce
20 Eicosapentaenoico (EPA)
C205 Oli di pesce
22 Docosaesaenoico (DHA )
C226 Oli di pesce
25 C23H35COOH Nisinico
ciscisciscis-
481215-
eicosapentenoi
co
C264 Oli di pesce
26 C265 ω3 (origine animale)Oli di
pesce
7
Ac Oleico (1819)
Ac Linoleico (182912)
Ac γ-Linolenico (1836912)
Ac α-Linolenico
(18391215)
Ac Arachidonico
(204581114)
NOTA BENE lacido γ-Linolenico non appartiene alla serie omega tre ma a quella omega 6 per
questo motivo gli integratori a base di acidi grassi essenziali ω3 devono contenere acido α-
Linolenico e non acido γ-Linolenico
Le serie di acidi a catena lineare e saturi egrave mostrata nella tabella 13 (1223) I piugrave
importanti dei quali sono ripetuti in tabella 31 insieme con gli acidi insaturi e gli acidi a
singolo ossidrile acido ricinoleico che egrave il maggiore componente dellolio di ricino
Gli atomi di carbonio degli acidi grassi a catena lineare sono numerati partendo dal
gruppo carbossilico il cui carbonio ha il numero uno e con nomi sistematici di acidi
grassi insaturi viene indicata la posizione di ciascuno dei doppi legami allinizio del
nome dando la numerazione piugrave bassa dei due carboni che contengono il doppio legame
Quindi lacido linoleico egrave 9 12-octadecanoico e ha struttura 31
8
Si puograve facilmente vedere che i doppi legami possono avere configurazioni CIS o
TRANS (vedi 112) nella struttura sopra vengono mostrati come legami CIS che egrave la
piugrave frequente sebbene non invariabile configurazione trovata negli acidi naturali e
quella che viene assunta se non viene specificato il nome
Gli acidi grassi insaturi se in configurazione cis creano una piega Le pieghe dei grassi
insaturi impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a
temperatura ambiente
Acidi grassi cis e trans
9
La forma cis abbassa
il punto di fusione
dellacido grasso e ne
fa aumentare la
fluiditagrave
In natura prevalgono nettamente gli acidi grassi cis rispetto ai trans che si formano soprattutto
in seguito a determinati trattamenti artificiali Per esempio durante il processo di rettifica
necessario per renderli idonei allalimentazione gli oli di semi si arricchiscono di acidi grassi
trans Analogo discorso per la produzione di margarine che avviene attraverso un processo di
idrogenazione degli oli vegetali (si aggiungono atomi di idrogeno per saturare i carboni impegnati
nel doppio legame ottenendo cosigrave trigliceridi con acidi grassi saturi quindi solidi a partire da
lipidi insaturi quindi liquidi)
Due acidi grassi uguali ma che hanno un legame in conformazione cis ed uno in conformazione
trans possiedono nomi diversi In figura egrave riportato un acido grasso a diciotto atomi di carbonio
con insaturazione in posizione nove e conformazione cis (acido oleico lacido grasso piugrave
abbondante in natura e presente soprattutto nellolio di oliva) il suo isomero trans presente in
percentuali molto basse assume un nome differente (acido elaidinico)
Importanza della stereo-isomeria del doppio legame
Osserviamo limmagine sopra a sinistra egrave rappresentato un acido grasso saturo notare la catena
alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare
Alla sua destra vediamo invece lo stesso acido grasso con un legame di tipo trans La catena
subisce una piccola flessione ma rimane comunque una struttura lineare simile a quella
dellacido grasso saturo
10
Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
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anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
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landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
2
Acidi grassi
Mentre lintervallo degli acidi grassi che puograve essere trovato nei grassi egrave ampio la
maggior parte dei trigliceridi sono fatti da relativamente pochi di essi piugrave
specificatamente gli acidi grassi a catena lineare con 18 atomi di carbonio
3
I principali Acidi Grassi Saturi
Ndeg di C
Composizione Denominazione comune
Denomin IUPAC Notazione abbreviata
Punto di
fusione (degC)
Fonti in natura
4 CH3(CH2)2COOH Butirrico Butanoico C40 -5
6 CH3(CH2)4COOH Caprinico Esanoico C60 -2
8 CH3(CH2)6COOH Caprilico Ottanoico C80 17 Grasso del latte olio di cocco
10 CH3(CH2)8COOH Caprico Decanoico C100 32 Grasso del latte olio
di cocco
12 CH3(CH2)10COOH Laurico Dodecanoico C120 44
Grasso del latte olio di cocco semi di olmo (50 degli acidi grassi)
14 CH3(CH2)12COOH Miristico Tetradecanoico C140 58 Semi di Lauraceae oli di cocco
16 CH3(CH2)14COOH Palmitico Esadecanoico C160 62
Presente in tutti gli
oli e grassi vegetali ed animali latte (8-12) cocco (15-30) noce moscata
70-80
18 CH3(CH2)16COOH Stearico Ottadecanoico C180 72
Presente in tutti gli oli grassi animali e vegetalisego e
strutto(25-30) palma (30-50) cacao (25)
20 CH3(CH2)18COOH Arachio Eicosanoico C220 78
Presente in tutti gli oli e grassi animali e vegetali sego(20) strutto
(10) cacao (35) oli vegetali
(1-5)
22 CH3(CH2)20COOH Beenico Docosanoico C220 80
Presente in tutti gli oli e grassi animali in quantitagrave limitatesolo nellrsquoolio di arachide 1-2
24 CH3(CH2)22COOH Lignocerico Tetracosanoico C240
Presente in tutti gli
oli e grassi animali in quantitagrave limitatesolo nellrsquoolio di arachide 1-2
Presente in tutti gli oli e grassi animali
in quantitagrave limitate solo nellrsquoolio di
arachide 1-2
4
Ac Laurico (120)
Ac Miristico (140)
Ac Palmitico (160)
Ac Stearico (180)
5
I principali acidi grassi monoinsaturi
ndeg
Di
C
Composizione Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Notazione
abbreviata
Fonti in natura
10 CH2=CH(CH2)7COOH Caproleico cis-9-
decanoico C101 Latte
14 CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH Miristoleico cis-9-
tetradecenoico C141 ω5 Latte
16 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH Palmitoleico cis-6-
esadecenoico C161 ω7
Tutti i grassi
vegetali e animali
18 CH3(CH2)10CH=CH(CH2)4COOH Petroselinico cis-6-
ottadecenoico C181 ω6 Latte
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Oleico cis-9-
ottadecenoico C181 ω9
Tutti gli oli ed
grassi olio di oliva
(56-84)oli di
semi (38-72)
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Elaidinico trans-9-
ottadecenoico C18 ω9
Latte oli e grassi
raffinati margarine
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico trans-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Latte
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico cis-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Olio di pesce
20 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)7COOH Gadoleico cis-9-
eicosenoico C201 ω9 Olio di pesce
20 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)9COOH Gondoico cis-11-
eicosenoico
C201
ω11 Olio di pesce
22 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)9COOH Cetoleico cis-11-
docosenoico
C221
ω11 Olio di pesce
24 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH Selacoleico cia-13-
tetracosenocio
C241
ω13 Cerebrosidi
26 Ximenico cis-17-
esacosenoico
C261
ω17
26 Lumechico cis-21-
esacosenoico C221 ω1
6
Gli acidi grassi polinsaturi hanno piu di un doppio legame (-C=C-)
ndeg
di C Composizione
Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Nota
abbr NoteFonti in natura
18 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Linoleico
ciscis-912-
octadecadienoi
co
C182
Grassi essenziali ω6
(origine vegetale)Oli
vegetali in particolare oli
di semi (girasole mais
ecc)
18 CH3CH2(CH=CHCH2)3(C
H2)6COOH α-Linolenico
cisciscis-
91215-
octadecatrienoi
co
C183
Grassi essenziali ω3
(origine animale) Oli
vegetali in particolare oli
di semi (soia colza ecc)
18 C17H29COOH γ-Linolenico
cisciscis6-
912-
octadecatrienoi
co
C183
ω6 (origine vegetale) Oli di
pesce olio di semi di
Borrago officinalis olilo di
semi di Oenotera biennis
18 Morotico
cisciscis4-
81215-
octadecatetrae
noico
C184 Oli di pesce
20 C201
Oli vegetali in particolare
oli di semi (soia colza
ecc)
20 ciscis-1316-
docosadienoico C202
Oli di pesce olio di semi di
colza
20 CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH
Arachidonico
ciscisciscis-
581215-
eicosatetraenoi
co
C204 ω6 (origine animale) Oli di
pesce
20 Eicosapentaenoico (EPA)
C205 Oli di pesce
22 Docosaesaenoico (DHA )
C226 Oli di pesce
25 C23H35COOH Nisinico
ciscisciscis-
481215-
eicosapentenoi
co
C264 Oli di pesce
26 C265 ω3 (origine animale)Oli di
pesce
7
Ac Oleico (1819)
Ac Linoleico (182912)
Ac γ-Linolenico (1836912)
Ac α-Linolenico
(18391215)
Ac Arachidonico
(204581114)
NOTA BENE lacido γ-Linolenico non appartiene alla serie omega tre ma a quella omega 6 per
questo motivo gli integratori a base di acidi grassi essenziali ω3 devono contenere acido α-
Linolenico e non acido γ-Linolenico
Le serie di acidi a catena lineare e saturi egrave mostrata nella tabella 13 (1223) I piugrave
importanti dei quali sono ripetuti in tabella 31 insieme con gli acidi insaturi e gli acidi a
singolo ossidrile acido ricinoleico che egrave il maggiore componente dellolio di ricino
Gli atomi di carbonio degli acidi grassi a catena lineare sono numerati partendo dal
gruppo carbossilico il cui carbonio ha il numero uno e con nomi sistematici di acidi
grassi insaturi viene indicata la posizione di ciascuno dei doppi legami allinizio del
nome dando la numerazione piugrave bassa dei due carboni che contengono il doppio legame
Quindi lacido linoleico egrave 9 12-octadecanoico e ha struttura 31
8
Si puograve facilmente vedere che i doppi legami possono avere configurazioni CIS o
TRANS (vedi 112) nella struttura sopra vengono mostrati come legami CIS che egrave la
piugrave frequente sebbene non invariabile configurazione trovata negli acidi naturali e
quella che viene assunta se non viene specificato il nome
Gli acidi grassi insaturi se in configurazione cis creano una piega Le pieghe dei grassi
insaturi impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a
temperatura ambiente
Acidi grassi cis e trans
9
La forma cis abbassa
il punto di fusione
dellacido grasso e ne
fa aumentare la
fluiditagrave
In natura prevalgono nettamente gli acidi grassi cis rispetto ai trans che si formano soprattutto
in seguito a determinati trattamenti artificiali Per esempio durante il processo di rettifica
necessario per renderli idonei allalimentazione gli oli di semi si arricchiscono di acidi grassi
trans Analogo discorso per la produzione di margarine che avviene attraverso un processo di
idrogenazione degli oli vegetali (si aggiungono atomi di idrogeno per saturare i carboni impegnati
nel doppio legame ottenendo cosigrave trigliceridi con acidi grassi saturi quindi solidi a partire da
lipidi insaturi quindi liquidi)
Due acidi grassi uguali ma che hanno un legame in conformazione cis ed uno in conformazione
trans possiedono nomi diversi In figura egrave riportato un acido grasso a diciotto atomi di carbonio
con insaturazione in posizione nove e conformazione cis (acido oleico lacido grasso piugrave
abbondante in natura e presente soprattutto nellolio di oliva) il suo isomero trans presente in
percentuali molto basse assume un nome differente (acido elaidinico)
Importanza della stereo-isomeria del doppio legame
Osserviamo limmagine sopra a sinistra egrave rappresentato un acido grasso saturo notare la catena
alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare
Alla sua destra vediamo invece lo stesso acido grasso con un legame di tipo trans La catena
subisce una piccola flessione ma rimane comunque una struttura lineare simile a quella
dellacido grasso saturo
10
Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
3
I principali Acidi Grassi Saturi
Ndeg di C
Composizione Denominazione comune
Denomin IUPAC Notazione abbreviata
Punto di
fusione (degC)
Fonti in natura
4 CH3(CH2)2COOH Butirrico Butanoico C40 -5
6 CH3(CH2)4COOH Caprinico Esanoico C60 -2
8 CH3(CH2)6COOH Caprilico Ottanoico C80 17 Grasso del latte olio di cocco
10 CH3(CH2)8COOH Caprico Decanoico C100 32 Grasso del latte olio
di cocco
12 CH3(CH2)10COOH Laurico Dodecanoico C120 44
Grasso del latte olio di cocco semi di olmo (50 degli acidi grassi)
14 CH3(CH2)12COOH Miristico Tetradecanoico C140 58 Semi di Lauraceae oli di cocco
16 CH3(CH2)14COOH Palmitico Esadecanoico C160 62
Presente in tutti gli
oli e grassi vegetali ed animali latte (8-12) cocco (15-30) noce moscata
70-80
18 CH3(CH2)16COOH Stearico Ottadecanoico C180 72
Presente in tutti gli oli grassi animali e vegetalisego e
strutto(25-30) palma (30-50) cacao (25)
20 CH3(CH2)18COOH Arachio Eicosanoico C220 78
Presente in tutti gli oli e grassi animali e vegetali sego(20) strutto
(10) cacao (35) oli vegetali
(1-5)
22 CH3(CH2)20COOH Beenico Docosanoico C220 80
Presente in tutti gli oli e grassi animali in quantitagrave limitatesolo nellrsquoolio di arachide 1-2
24 CH3(CH2)22COOH Lignocerico Tetracosanoico C240
Presente in tutti gli
oli e grassi animali in quantitagrave limitatesolo nellrsquoolio di arachide 1-2
Presente in tutti gli oli e grassi animali
in quantitagrave limitate solo nellrsquoolio di
arachide 1-2
4
Ac Laurico (120)
Ac Miristico (140)
Ac Palmitico (160)
Ac Stearico (180)
5
I principali acidi grassi monoinsaturi
ndeg
Di
C
Composizione Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Notazione
abbreviata
Fonti in natura
10 CH2=CH(CH2)7COOH Caproleico cis-9-
decanoico C101 Latte
14 CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH Miristoleico cis-9-
tetradecenoico C141 ω5 Latte
16 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH Palmitoleico cis-6-
esadecenoico C161 ω7
Tutti i grassi
vegetali e animali
18 CH3(CH2)10CH=CH(CH2)4COOH Petroselinico cis-6-
ottadecenoico C181 ω6 Latte
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Oleico cis-9-
ottadecenoico C181 ω9
Tutti gli oli ed
grassi olio di oliva
(56-84)oli di
semi (38-72)
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Elaidinico trans-9-
ottadecenoico C18 ω9
Latte oli e grassi
raffinati margarine
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico trans-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Latte
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico cis-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Olio di pesce
20 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)7COOH Gadoleico cis-9-
eicosenoico C201 ω9 Olio di pesce
20 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)9COOH Gondoico cis-11-
eicosenoico
C201
ω11 Olio di pesce
22 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)9COOH Cetoleico cis-11-
docosenoico
C221
ω11 Olio di pesce
24 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH Selacoleico cia-13-
tetracosenocio
C241
ω13 Cerebrosidi
26 Ximenico cis-17-
esacosenoico
C261
ω17
26 Lumechico cis-21-
esacosenoico C221 ω1
6
Gli acidi grassi polinsaturi hanno piu di un doppio legame (-C=C-)
ndeg
di C Composizione
Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Nota
abbr NoteFonti in natura
18 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Linoleico
ciscis-912-
octadecadienoi
co
C182
Grassi essenziali ω6
(origine vegetale)Oli
vegetali in particolare oli
di semi (girasole mais
ecc)
18 CH3CH2(CH=CHCH2)3(C
H2)6COOH α-Linolenico
cisciscis-
91215-
octadecatrienoi
co
C183
Grassi essenziali ω3
(origine animale) Oli
vegetali in particolare oli
di semi (soia colza ecc)
18 C17H29COOH γ-Linolenico
cisciscis6-
912-
octadecatrienoi
co
C183
ω6 (origine vegetale) Oli di
pesce olio di semi di
Borrago officinalis olilo di
semi di Oenotera biennis
18 Morotico
cisciscis4-
81215-
octadecatetrae
noico
C184 Oli di pesce
20 C201
Oli vegetali in particolare
oli di semi (soia colza
ecc)
20 ciscis-1316-
docosadienoico C202
Oli di pesce olio di semi di
colza
20 CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH
Arachidonico
ciscisciscis-
581215-
eicosatetraenoi
co
C204 ω6 (origine animale) Oli di
pesce
20 Eicosapentaenoico (EPA)
C205 Oli di pesce
22 Docosaesaenoico (DHA )
C226 Oli di pesce
25 C23H35COOH Nisinico
ciscisciscis-
481215-
eicosapentenoi
co
C264 Oli di pesce
26 C265 ω3 (origine animale)Oli di
pesce
7
Ac Oleico (1819)
Ac Linoleico (182912)
Ac γ-Linolenico (1836912)
Ac α-Linolenico
(18391215)
Ac Arachidonico
(204581114)
NOTA BENE lacido γ-Linolenico non appartiene alla serie omega tre ma a quella omega 6 per
questo motivo gli integratori a base di acidi grassi essenziali ω3 devono contenere acido α-
Linolenico e non acido γ-Linolenico
Le serie di acidi a catena lineare e saturi egrave mostrata nella tabella 13 (1223) I piugrave
importanti dei quali sono ripetuti in tabella 31 insieme con gli acidi insaturi e gli acidi a
singolo ossidrile acido ricinoleico che egrave il maggiore componente dellolio di ricino
Gli atomi di carbonio degli acidi grassi a catena lineare sono numerati partendo dal
gruppo carbossilico il cui carbonio ha il numero uno e con nomi sistematici di acidi
grassi insaturi viene indicata la posizione di ciascuno dei doppi legami allinizio del
nome dando la numerazione piugrave bassa dei due carboni che contengono il doppio legame
Quindi lacido linoleico egrave 9 12-octadecanoico e ha struttura 31
8
Si puograve facilmente vedere che i doppi legami possono avere configurazioni CIS o
TRANS (vedi 112) nella struttura sopra vengono mostrati come legami CIS che egrave la
piugrave frequente sebbene non invariabile configurazione trovata negli acidi naturali e
quella che viene assunta se non viene specificato il nome
Gli acidi grassi insaturi se in configurazione cis creano una piega Le pieghe dei grassi
insaturi impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a
temperatura ambiente
Acidi grassi cis e trans
9
La forma cis abbassa
il punto di fusione
dellacido grasso e ne
fa aumentare la
fluiditagrave
In natura prevalgono nettamente gli acidi grassi cis rispetto ai trans che si formano soprattutto
in seguito a determinati trattamenti artificiali Per esempio durante il processo di rettifica
necessario per renderli idonei allalimentazione gli oli di semi si arricchiscono di acidi grassi
trans Analogo discorso per la produzione di margarine che avviene attraverso un processo di
idrogenazione degli oli vegetali (si aggiungono atomi di idrogeno per saturare i carboni impegnati
nel doppio legame ottenendo cosigrave trigliceridi con acidi grassi saturi quindi solidi a partire da
lipidi insaturi quindi liquidi)
Due acidi grassi uguali ma che hanno un legame in conformazione cis ed uno in conformazione
trans possiedono nomi diversi In figura egrave riportato un acido grasso a diciotto atomi di carbonio
con insaturazione in posizione nove e conformazione cis (acido oleico lacido grasso piugrave
abbondante in natura e presente soprattutto nellolio di oliva) il suo isomero trans presente in
percentuali molto basse assume un nome differente (acido elaidinico)
Importanza della stereo-isomeria del doppio legame
Osserviamo limmagine sopra a sinistra egrave rappresentato un acido grasso saturo notare la catena
alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare
Alla sua destra vediamo invece lo stesso acido grasso con un legame di tipo trans La catena
subisce una piccola flessione ma rimane comunque una struttura lineare simile a quella
dellacido grasso saturo
10
Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
4
Ac Laurico (120)
Ac Miristico (140)
Ac Palmitico (160)
Ac Stearico (180)
5
I principali acidi grassi monoinsaturi
ndeg
Di
C
Composizione Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Notazione
abbreviata
Fonti in natura
10 CH2=CH(CH2)7COOH Caproleico cis-9-
decanoico C101 Latte
14 CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH Miristoleico cis-9-
tetradecenoico C141 ω5 Latte
16 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH Palmitoleico cis-6-
esadecenoico C161 ω7
Tutti i grassi
vegetali e animali
18 CH3(CH2)10CH=CH(CH2)4COOH Petroselinico cis-6-
ottadecenoico C181 ω6 Latte
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Oleico cis-9-
ottadecenoico C181 ω9
Tutti gli oli ed
grassi olio di oliva
(56-84)oli di
semi (38-72)
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Elaidinico trans-9-
ottadecenoico C18 ω9
Latte oli e grassi
raffinati margarine
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico trans-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Latte
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico cis-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Olio di pesce
20 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)7COOH Gadoleico cis-9-
eicosenoico C201 ω9 Olio di pesce
20 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)9COOH Gondoico cis-11-
eicosenoico
C201
ω11 Olio di pesce
22 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)9COOH Cetoleico cis-11-
docosenoico
C221
ω11 Olio di pesce
24 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH Selacoleico cia-13-
tetracosenocio
C241
ω13 Cerebrosidi
26 Ximenico cis-17-
esacosenoico
C261
ω17
26 Lumechico cis-21-
esacosenoico C221 ω1
6
Gli acidi grassi polinsaturi hanno piu di un doppio legame (-C=C-)
ndeg
di C Composizione
Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Nota
abbr NoteFonti in natura
18 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Linoleico
ciscis-912-
octadecadienoi
co
C182
Grassi essenziali ω6
(origine vegetale)Oli
vegetali in particolare oli
di semi (girasole mais
ecc)
18 CH3CH2(CH=CHCH2)3(C
H2)6COOH α-Linolenico
cisciscis-
91215-
octadecatrienoi
co
C183
Grassi essenziali ω3
(origine animale) Oli
vegetali in particolare oli
di semi (soia colza ecc)
18 C17H29COOH γ-Linolenico
cisciscis6-
912-
octadecatrienoi
co
C183
ω6 (origine vegetale) Oli di
pesce olio di semi di
Borrago officinalis olilo di
semi di Oenotera biennis
18 Morotico
cisciscis4-
81215-
octadecatetrae
noico
C184 Oli di pesce
20 C201
Oli vegetali in particolare
oli di semi (soia colza
ecc)
20 ciscis-1316-
docosadienoico C202
Oli di pesce olio di semi di
colza
20 CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH
Arachidonico
ciscisciscis-
581215-
eicosatetraenoi
co
C204 ω6 (origine animale) Oli di
pesce
20 Eicosapentaenoico (EPA)
C205 Oli di pesce
22 Docosaesaenoico (DHA )
C226 Oli di pesce
25 C23H35COOH Nisinico
ciscisciscis-
481215-
eicosapentenoi
co
C264 Oli di pesce
26 C265 ω3 (origine animale)Oli di
pesce
7
Ac Oleico (1819)
Ac Linoleico (182912)
Ac γ-Linolenico (1836912)
Ac α-Linolenico
(18391215)
Ac Arachidonico
(204581114)
NOTA BENE lacido γ-Linolenico non appartiene alla serie omega tre ma a quella omega 6 per
questo motivo gli integratori a base di acidi grassi essenziali ω3 devono contenere acido α-
Linolenico e non acido γ-Linolenico
Le serie di acidi a catena lineare e saturi egrave mostrata nella tabella 13 (1223) I piugrave
importanti dei quali sono ripetuti in tabella 31 insieme con gli acidi insaturi e gli acidi a
singolo ossidrile acido ricinoleico che egrave il maggiore componente dellolio di ricino
Gli atomi di carbonio degli acidi grassi a catena lineare sono numerati partendo dal
gruppo carbossilico il cui carbonio ha il numero uno e con nomi sistematici di acidi
grassi insaturi viene indicata la posizione di ciascuno dei doppi legami allinizio del
nome dando la numerazione piugrave bassa dei due carboni che contengono il doppio legame
Quindi lacido linoleico egrave 9 12-octadecanoico e ha struttura 31
8
Si puograve facilmente vedere che i doppi legami possono avere configurazioni CIS o
TRANS (vedi 112) nella struttura sopra vengono mostrati come legami CIS che egrave la
piugrave frequente sebbene non invariabile configurazione trovata negli acidi naturali e
quella che viene assunta se non viene specificato il nome
Gli acidi grassi insaturi se in configurazione cis creano una piega Le pieghe dei grassi
insaturi impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a
temperatura ambiente
Acidi grassi cis e trans
9
La forma cis abbassa
il punto di fusione
dellacido grasso e ne
fa aumentare la
fluiditagrave
In natura prevalgono nettamente gli acidi grassi cis rispetto ai trans che si formano soprattutto
in seguito a determinati trattamenti artificiali Per esempio durante il processo di rettifica
necessario per renderli idonei allalimentazione gli oli di semi si arricchiscono di acidi grassi
trans Analogo discorso per la produzione di margarine che avviene attraverso un processo di
idrogenazione degli oli vegetali (si aggiungono atomi di idrogeno per saturare i carboni impegnati
nel doppio legame ottenendo cosigrave trigliceridi con acidi grassi saturi quindi solidi a partire da
lipidi insaturi quindi liquidi)
Due acidi grassi uguali ma che hanno un legame in conformazione cis ed uno in conformazione
trans possiedono nomi diversi In figura egrave riportato un acido grasso a diciotto atomi di carbonio
con insaturazione in posizione nove e conformazione cis (acido oleico lacido grasso piugrave
abbondante in natura e presente soprattutto nellolio di oliva) il suo isomero trans presente in
percentuali molto basse assume un nome differente (acido elaidinico)
Importanza della stereo-isomeria del doppio legame
Osserviamo limmagine sopra a sinistra egrave rappresentato un acido grasso saturo notare la catena
alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare
Alla sua destra vediamo invece lo stesso acido grasso con un legame di tipo trans La catena
subisce una piccola flessione ma rimane comunque una struttura lineare simile a quella
dellacido grasso saturo
10
Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
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Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
5
I principali acidi grassi monoinsaturi
ndeg
Di
C
Composizione Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Notazione
abbreviata
Fonti in natura
10 CH2=CH(CH2)7COOH Caproleico cis-9-
decanoico C101 Latte
14 CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH Miristoleico cis-9-
tetradecenoico C141 ω5 Latte
16 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH Palmitoleico cis-6-
esadecenoico C161 ω7
Tutti i grassi
vegetali e animali
18 CH3(CH2)10CH=CH(CH2)4COOH Petroselinico cis-6-
ottadecenoico C181 ω6 Latte
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Oleico cis-9-
ottadecenoico C181 ω9
Tutti gli oli ed
grassi olio di oliva
(56-84)oli di
semi (38-72)
18 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Elaidinico trans-9-
ottadecenoico C18 ω9
Latte oli e grassi
raffinati margarine
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico trans-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Latte
18 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH Vaccenico cis-11-
ottadecenoico
C181
ω11 Olio di pesce
20 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)7COOH Gadoleico cis-9-
eicosenoico C201 ω9 Olio di pesce
20 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)9COOH Gondoico cis-11-
eicosenoico
C201
ω11 Olio di pesce
22 CH3(CH2)9CH=CH(CH2)9COOH Cetoleico cis-11-
docosenoico
C221
ω11 Olio di pesce
24 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH Selacoleico cia-13-
tetracosenocio
C241
ω13 Cerebrosidi
26 Ximenico cis-17-
esacosenoico
C261
ω17
26 Lumechico cis-21-
esacosenoico C221 ω1
6
Gli acidi grassi polinsaturi hanno piu di un doppio legame (-C=C-)
ndeg
di C Composizione
Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Nota
abbr NoteFonti in natura
18 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Linoleico
ciscis-912-
octadecadienoi
co
C182
Grassi essenziali ω6
(origine vegetale)Oli
vegetali in particolare oli
di semi (girasole mais
ecc)
18 CH3CH2(CH=CHCH2)3(C
H2)6COOH α-Linolenico
cisciscis-
91215-
octadecatrienoi
co
C183
Grassi essenziali ω3
(origine animale) Oli
vegetali in particolare oli
di semi (soia colza ecc)
18 C17H29COOH γ-Linolenico
cisciscis6-
912-
octadecatrienoi
co
C183
ω6 (origine vegetale) Oli di
pesce olio di semi di
Borrago officinalis olilo di
semi di Oenotera biennis
18 Morotico
cisciscis4-
81215-
octadecatetrae
noico
C184 Oli di pesce
20 C201
Oli vegetali in particolare
oli di semi (soia colza
ecc)
20 ciscis-1316-
docosadienoico C202
Oli di pesce olio di semi di
colza
20 CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH
Arachidonico
ciscisciscis-
581215-
eicosatetraenoi
co
C204 ω6 (origine animale) Oli di
pesce
20 Eicosapentaenoico (EPA)
C205 Oli di pesce
22 Docosaesaenoico (DHA )
C226 Oli di pesce
25 C23H35COOH Nisinico
ciscisciscis-
481215-
eicosapentenoi
co
C264 Oli di pesce
26 C265 ω3 (origine animale)Oli di
pesce
7
Ac Oleico (1819)
Ac Linoleico (182912)
Ac γ-Linolenico (1836912)
Ac α-Linolenico
(18391215)
Ac Arachidonico
(204581114)
NOTA BENE lacido γ-Linolenico non appartiene alla serie omega tre ma a quella omega 6 per
questo motivo gli integratori a base di acidi grassi essenziali ω3 devono contenere acido α-
Linolenico e non acido γ-Linolenico
Le serie di acidi a catena lineare e saturi egrave mostrata nella tabella 13 (1223) I piugrave
importanti dei quali sono ripetuti in tabella 31 insieme con gli acidi insaturi e gli acidi a
singolo ossidrile acido ricinoleico che egrave il maggiore componente dellolio di ricino
Gli atomi di carbonio degli acidi grassi a catena lineare sono numerati partendo dal
gruppo carbossilico il cui carbonio ha il numero uno e con nomi sistematici di acidi
grassi insaturi viene indicata la posizione di ciascuno dei doppi legami allinizio del
nome dando la numerazione piugrave bassa dei due carboni che contengono il doppio legame
Quindi lacido linoleico egrave 9 12-octadecanoico e ha struttura 31
8
Si puograve facilmente vedere che i doppi legami possono avere configurazioni CIS o
TRANS (vedi 112) nella struttura sopra vengono mostrati come legami CIS che egrave la
piugrave frequente sebbene non invariabile configurazione trovata negli acidi naturali e
quella che viene assunta se non viene specificato il nome
Gli acidi grassi insaturi se in configurazione cis creano una piega Le pieghe dei grassi
insaturi impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a
temperatura ambiente
Acidi grassi cis e trans
9
La forma cis abbassa
il punto di fusione
dellacido grasso e ne
fa aumentare la
fluiditagrave
In natura prevalgono nettamente gli acidi grassi cis rispetto ai trans che si formano soprattutto
in seguito a determinati trattamenti artificiali Per esempio durante il processo di rettifica
necessario per renderli idonei allalimentazione gli oli di semi si arricchiscono di acidi grassi
trans Analogo discorso per la produzione di margarine che avviene attraverso un processo di
idrogenazione degli oli vegetali (si aggiungono atomi di idrogeno per saturare i carboni impegnati
nel doppio legame ottenendo cosigrave trigliceridi con acidi grassi saturi quindi solidi a partire da
lipidi insaturi quindi liquidi)
Due acidi grassi uguali ma che hanno un legame in conformazione cis ed uno in conformazione
trans possiedono nomi diversi In figura egrave riportato un acido grasso a diciotto atomi di carbonio
con insaturazione in posizione nove e conformazione cis (acido oleico lacido grasso piugrave
abbondante in natura e presente soprattutto nellolio di oliva) il suo isomero trans presente in
percentuali molto basse assume un nome differente (acido elaidinico)
Importanza della stereo-isomeria del doppio legame
Osserviamo limmagine sopra a sinistra egrave rappresentato un acido grasso saturo notare la catena
alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare
Alla sua destra vediamo invece lo stesso acido grasso con un legame di tipo trans La catena
subisce una piccola flessione ma rimane comunque una struttura lineare simile a quella
dellacido grasso saturo
10
Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
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Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
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Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
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anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
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Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
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legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
6
Gli acidi grassi polinsaturi hanno piu di un doppio legame (-C=C-)
ndeg
di C Composizione
Denominazione
comune
Denominazione
IUPAC
Nota
abbr NoteFonti in natura
18 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH
Linoleico
ciscis-912-
octadecadienoi
co
C182
Grassi essenziali ω6
(origine vegetale)Oli
vegetali in particolare oli
di semi (girasole mais
ecc)
18 CH3CH2(CH=CHCH2)3(C
H2)6COOH α-Linolenico
cisciscis-
91215-
octadecatrienoi
co
C183
Grassi essenziali ω3
(origine animale) Oli
vegetali in particolare oli
di semi (soia colza ecc)
18 C17H29COOH γ-Linolenico
cisciscis6-
912-
octadecatrienoi
co
C183
ω6 (origine vegetale) Oli di
pesce olio di semi di
Borrago officinalis olilo di
semi di Oenotera biennis
18 Morotico
cisciscis4-
81215-
octadecatetrae
noico
C184 Oli di pesce
20 C201
Oli vegetali in particolare
oli di semi (soia colza
ecc)
20 ciscis-1316-
docosadienoico C202
Oli di pesce olio di semi di
colza
20 CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH
Arachidonico
ciscisciscis-
581215-
eicosatetraenoi
co
C204 ω6 (origine animale) Oli di
pesce
20 Eicosapentaenoico (EPA)
C205 Oli di pesce
22 Docosaesaenoico (DHA )
C226 Oli di pesce
25 C23H35COOH Nisinico
ciscisciscis-
481215-
eicosapentenoi
co
C264 Oli di pesce
26 C265 ω3 (origine animale)Oli di
pesce
7
Ac Oleico (1819)
Ac Linoleico (182912)
Ac γ-Linolenico (1836912)
Ac α-Linolenico
(18391215)
Ac Arachidonico
(204581114)
NOTA BENE lacido γ-Linolenico non appartiene alla serie omega tre ma a quella omega 6 per
questo motivo gli integratori a base di acidi grassi essenziali ω3 devono contenere acido α-
Linolenico e non acido γ-Linolenico
Le serie di acidi a catena lineare e saturi egrave mostrata nella tabella 13 (1223) I piugrave
importanti dei quali sono ripetuti in tabella 31 insieme con gli acidi insaturi e gli acidi a
singolo ossidrile acido ricinoleico che egrave il maggiore componente dellolio di ricino
Gli atomi di carbonio degli acidi grassi a catena lineare sono numerati partendo dal
gruppo carbossilico il cui carbonio ha il numero uno e con nomi sistematici di acidi
grassi insaturi viene indicata la posizione di ciascuno dei doppi legami allinizio del
nome dando la numerazione piugrave bassa dei due carboni che contengono il doppio legame
Quindi lacido linoleico egrave 9 12-octadecanoico e ha struttura 31
8
Si puograve facilmente vedere che i doppi legami possono avere configurazioni CIS o
TRANS (vedi 112) nella struttura sopra vengono mostrati come legami CIS che egrave la
piugrave frequente sebbene non invariabile configurazione trovata negli acidi naturali e
quella che viene assunta se non viene specificato il nome
Gli acidi grassi insaturi se in configurazione cis creano una piega Le pieghe dei grassi
insaturi impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a
temperatura ambiente
Acidi grassi cis e trans
9
La forma cis abbassa
il punto di fusione
dellacido grasso e ne
fa aumentare la
fluiditagrave
In natura prevalgono nettamente gli acidi grassi cis rispetto ai trans che si formano soprattutto
in seguito a determinati trattamenti artificiali Per esempio durante il processo di rettifica
necessario per renderli idonei allalimentazione gli oli di semi si arricchiscono di acidi grassi
trans Analogo discorso per la produzione di margarine che avviene attraverso un processo di
idrogenazione degli oli vegetali (si aggiungono atomi di idrogeno per saturare i carboni impegnati
nel doppio legame ottenendo cosigrave trigliceridi con acidi grassi saturi quindi solidi a partire da
lipidi insaturi quindi liquidi)
Due acidi grassi uguali ma che hanno un legame in conformazione cis ed uno in conformazione
trans possiedono nomi diversi In figura egrave riportato un acido grasso a diciotto atomi di carbonio
con insaturazione in posizione nove e conformazione cis (acido oleico lacido grasso piugrave
abbondante in natura e presente soprattutto nellolio di oliva) il suo isomero trans presente in
percentuali molto basse assume un nome differente (acido elaidinico)
Importanza della stereo-isomeria del doppio legame
Osserviamo limmagine sopra a sinistra egrave rappresentato un acido grasso saturo notare la catena
alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare
Alla sua destra vediamo invece lo stesso acido grasso con un legame di tipo trans La catena
subisce una piccola flessione ma rimane comunque una struttura lineare simile a quella
dellacido grasso saturo
10
Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
7
Ac Oleico (1819)
Ac Linoleico (182912)
Ac γ-Linolenico (1836912)
Ac α-Linolenico
(18391215)
Ac Arachidonico
(204581114)
NOTA BENE lacido γ-Linolenico non appartiene alla serie omega tre ma a quella omega 6 per
questo motivo gli integratori a base di acidi grassi essenziali ω3 devono contenere acido α-
Linolenico e non acido γ-Linolenico
Le serie di acidi a catena lineare e saturi egrave mostrata nella tabella 13 (1223) I piugrave
importanti dei quali sono ripetuti in tabella 31 insieme con gli acidi insaturi e gli acidi a
singolo ossidrile acido ricinoleico che egrave il maggiore componente dellolio di ricino
Gli atomi di carbonio degli acidi grassi a catena lineare sono numerati partendo dal
gruppo carbossilico il cui carbonio ha il numero uno e con nomi sistematici di acidi
grassi insaturi viene indicata la posizione di ciascuno dei doppi legami allinizio del
nome dando la numerazione piugrave bassa dei due carboni che contengono il doppio legame
Quindi lacido linoleico egrave 9 12-octadecanoico e ha struttura 31
8
Si puograve facilmente vedere che i doppi legami possono avere configurazioni CIS o
TRANS (vedi 112) nella struttura sopra vengono mostrati come legami CIS che egrave la
piugrave frequente sebbene non invariabile configurazione trovata negli acidi naturali e
quella che viene assunta se non viene specificato il nome
Gli acidi grassi insaturi se in configurazione cis creano una piega Le pieghe dei grassi
insaturi impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a
temperatura ambiente
Acidi grassi cis e trans
9
La forma cis abbassa
il punto di fusione
dellacido grasso e ne
fa aumentare la
fluiditagrave
In natura prevalgono nettamente gli acidi grassi cis rispetto ai trans che si formano soprattutto
in seguito a determinati trattamenti artificiali Per esempio durante il processo di rettifica
necessario per renderli idonei allalimentazione gli oli di semi si arricchiscono di acidi grassi
trans Analogo discorso per la produzione di margarine che avviene attraverso un processo di
idrogenazione degli oli vegetali (si aggiungono atomi di idrogeno per saturare i carboni impegnati
nel doppio legame ottenendo cosigrave trigliceridi con acidi grassi saturi quindi solidi a partire da
lipidi insaturi quindi liquidi)
Due acidi grassi uguali ma che hanno un legame in conformazione cis ed uno in conformazione
trans possiedono nomi diversi In figura egrave riportato un acido grasso a diciotto atomi di carbonio
con insaturazione in posizione nove e conformazione cis (acido oleico lacido grasso piugrave
abbondante in natura e presente soprattutto nellolio di oliva) il suo isomero trans presente in
percentuali molto basse assume un nome differente (acido elaidinico)
Importanza della stereo-isomeria del doppio legame
Osserviamo limmagine sopra a sinistra egrave rappresentato un acido grasso saturo notare la catena
alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare
Alla sua destra vediamo invece lo stesso acido grasso con un legame di tipo trans La catena
subisce una piccola flessione ma rimane comunque una struttura lineare simile a quella
dellacido grasso saturo
10
Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
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anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
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landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
8
Si puograve facilmente vedere che i doppi legami possono avere configurazioni CIS o
TRANS (vedi 112) nella struttura sopra vengono mostrati come legami CIS che egrave la
piugrave frequente sebbene non invariabile configurazione trovata negli acidi naturali e
quella che viene assunta se non viene specificato il nome
Gli acidi grassi insaturi se in configurazione cis creano una piega Le pieghe dei grassi
insaturi impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a
temperatura ambiente
Acidi grassi cis e trans
9
La forma cis abbassa
il punto di fusione
dellacido grasso e ne
fa aumentare la
fluiditagrave
In natura prevalgono nettamente gli acidi grassi cis rispetto ai trans che si formano soprattutto
in seguito a determinati trattamenti artificiali Per esempio durante il processo di rettifica
necessario per renderli idonei allalimentazione gli oli di semi si arricchiscono di acidi grassi
trans Analogo discorso per la produzione di margarine che avviene attraverso un processo di
idrogenazione degli oli vegetali (si aggiungono atomi di idrogeno per saturare i carboni impegnati
nel doppio legame ottenendo cosigrave trigliceridi con acidi grassi saturi quindi solidi a partire da
lipidi insaturi quindi liquidi)
Due acidi grassi uguali ma che hanno un legame in conformazione cis ed uno in conformazione
trans possiedono nomi diversi In figura egrave riportato un acido grasso a diciotto atomi di carbonio
con insaturazione in posizione nove e conformazione cis (acido oleico lacido grasso piugrave
abbondante in natura e presente soprattutto nellolio di oliva) il suo isomero trans presente in
percentuali molto basse assume un nome differente (acido elaidinico)
Importanza della stereo-isomeria del doppio legame
Osserviamo limmagine sopra a sinistra egrave rappresentato un acido grasso saturo notare la catena
alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare
Alla sua destra vediamo invece lo stesso acido grasso con un legame di tipo trans La catena
subisce una piccola flessione ma rimane comunque una struttura lineare simile a quella
dellacido grasso saturo
10
Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
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2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
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20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
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anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
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landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
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Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
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legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
9
La forma cis abbassa
il punto di fusione
dellacido grasso e ne
fa aumentare la
fluiditagrave
In natura prevalgono nettamente gli acidi grassi cis rispetto ai trans che si formano soprattutto
in seguito a determinati trattamenti artificiali Per esempio durante il processo di rettifica
necessario per renderli idonei allalimentazione gli oli di semi si arricchiscono di acidi grassi
trans Analogo discorso per la produzione di margarine che avviene attraverso un processo di
idrogenazione degli oli vegetali (si aggiungono atomi di idrogeno per saturare i carboni impegnati
nel doppio legame ottenendo cosigrave trigliceridi con acidi grassi saturi quindi solidi a partire da
lipidi insaturi quindi liquidi)
Due acidi grassi uguali ma che hanno un legame in conformazione cis ed uno in conformazione
trans possiedono nomi diversi In figura egrave riportato un acido grasso a diciotto atomi di carbonio
con insaturazione in posizione nove e conformazione cis (acido oleico lacido grasso piugrave
abbondante in natura e presente soprattutto nellolio di oliva) il suo isomero trans presente in
percentuali molto basse assume un nome differente (acido elaidinico)
Importanza della stereo-isomeria del doppio legame
Osserviamo limmagine sopra a sinistra egrave rappresentato un acido grasso saturo notare la catena
alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare
Alla sua destra vediamo invece lo stesso acido grasso con un legame di tipo trans La catena
subisce una piccola flessione ma rimane comunque una struttura lineare simile a quella
dellacido grasso saturo
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Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
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Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
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Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
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Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
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come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
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Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
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anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
10
Ancora piugrave a destra possiamo apprezzare il ripiegamento della catena indotto dalla presenza di un
doppio legame cis Infine allestrema destra egrave rappresentato il fortissimo ripiegamento associato
alla presenza di due doppi legami insaturi cis Ecco spiegato come mai il burro alimento ricco di
acidi grassi saturi egrave solido a temperatura ambiente mentre gli oli in cui prevalgono gli acidi
grassi insaturi cis sono liquidi nelle medesime condizioni In altre parole la presenza di doppi
legami cis abbassa il punto di fusione del lipide
Dove si trovano gli acidi grassi trans
Per dare maggiore consistenza agli oli ed ai grassi insaturi sono stati ideati processi
(idrogenazione) in cui si effettua la rottura artificiale di un doppio legame e lrsquoidrogenazione del
prodotto ottenendo cosigrave alimenti in cui la percentuale della forma trans egrave elevata
Come giagrave ricordato i grassi insaturi naturali si trovano normalmente nella forma cis Una
piccola quantitagrave di grassi trans egrave perograve presente nel cibo poicheacute si forma nello stomaco dei
ruminanti a causa dellazione di determinati batteri Per questo motivo nel latte nei prodotti
caseari e nella carne bovina si trovano piccolissime quantitagrave di acidi grassi trans Gli stessi si
trovano anche nei semi e nelle foglie di diverse piante il cui consumo alimentare egrave perograve
irrilevante
I rischi maggiore per la salute derivano quindi dal massiccio utilizzo di oli e grassi idrogenati che
abbondano soprattutto nelle margarine negli snack dolci e in molti prodotti spalmabili Tale
processo avviene attraverso lutilizzo di specifici catalizzatori che sottopongono la miscela di oli e
grassi animali ad elevate temperature e pressioni fino ad ottenere acidi grassi chimicamente
alterati Tale processo fa particolarmente gola alle industrie alimentari poicheacute permette di
ottenere grassi ad un costo ridotto e con specifici requisiti (spalmabilitagrave compattezza ecc)
Inoltre viene considerevolmente prolungato il tempo di conservazione aspetto fondamentale
anche sotto il punto di vista economico
Percheacute gli acidi grassi trans sono pericolosi
Tutta questa attenzione rivolta agli acidi grassi trans (trans fatty acid) egrave dovuta alle implicazioni
salutistiche negative che il loro uso comporta Questi acidi grassi determinano infatti un aumento
del colesterolo cattivo (lipoproteine LDL) accompagnato ad una diminuzione della frazione
buona (lipoproteine HDL) Un elevato consumo di acidi grassi trans aumenta quindi il rischio di
sviluppare gravi patologie cardiovascolari (aterosclerosi trombosi ictus ecc)
Lintroduzione dellinsaturazione nelle molecole abbassa il punto di fusione rispetto
quello delle corrispondente acido grasso saturo Questa proprietagrave egrave trasmessa al
triglicerde e quindi il grasso spesso la assume Questa egrave la principale ragione per la
naturali liquida degli oli vegetali se confrontati con i grassi animali essi contengono
proporzioni piugrave elevate di trigliceridi insaturi Un indice della quantitagrave totale di
insaturazione dei grassi egrave il numero di iodio una misura della quantitagrave di iodio che
reagisce chimicamente con esso per addizione ai doppi legami Questo egrave di solito egrave
ancora unimportante fattore caratterizzante gli oli e grassi in particolar modo gli oli
siccativi
Lacido linoleico doppiamente insaturo e lacido linolenico con tre doppi legami sono i
composti principalmente responsabili delle proprietagrave siccative degli oli siccativi Si
potrebbe notare che essi non sono rispettivamente di dieni e trieni coniugati (112) ma
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
11
essi possono diventarlo facilmente per isomerizzazione Questo avviene nei primi stadi
del processo di essiccamento come osservato dallo sviluppo di assorbimento radiazioni
ultraviolette ad una lunghezza donda di 233 nanometri (diene coniugato) e 268
nanometri (triene coniugato)
La composizione in acidi grassi di un certo numero di oli e grassi sono elencati nella
tabella 32
Allinterno di un limitato e arbitrario raggruppamento di grassi olio commestibile semi
siccativi e olio siccativo le differenze di composizione sono ampiamente quantitative
piuttosto che qualitative Soltanto raramente un olio egrave univocamente distinguibile per la
presenza di particolari tipi di acidi grassi Un esempio di uno tipico egrave lolio di ricino che
contiene grandi quantitagrave di acido idrossioleico acido ricinoleico
acido ricinoleico
Il campione nel suo insieme puograve essere tuttavia particolare come per esempio lolio di
cocco Questo potrebbe probabilmente essere confuso solamente con quello del seme di
palma che ha una composizione simile
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
12
Non bisognerebbe pensare che la composizione di un particolare olio sia perfettamente
costante essa puograve variare per un numero di ragion tra di loro
tipo e varietagrave di pianta
natura del suolo
stagione della raccolta
variazioni delle condizioni climatiche
Ugualmente la determinazione della composizione egrave soggetta a errore sperimentale ed a
variazioni dovute alluso di differenti tecniche di misurazione
I risultati della tabella 32 sono tutti basati sulla gascromatografia ma molti dei grafici
nei testi piugrave vecchi sono state ottenute usando altri metodi meno accurati Un numero
valido di studi sui semi di lino egrave servito a mostrare come la composizione varia da tipo a
tipo e con la stagione Questultima principalmente condiziona il grado di insaturazione
ma questo a turno influenza il rapporto di acido palmitico e stearico poicheacute un aumento
della quantitagrave di acidi C18 insaturi diminuisce la quantitagrave di acido stearico
Trigliceridi
Mentre la composizione degli oli e dei grassi egrave generalmente discussa in termini di
percentuale di singoli acidi grassi che entrano nella loro composizione questi sono in
veritagrave presenti combinati con il glicerolo per dare esteri noti come trigliceridi della
seguente formula generale
Molto lavoro egrave stato fatto e diverse teorie formulate per predire il modo in cui gli acidi
grassi sono distribuiti fra le molecole dei triglicerde
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
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anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
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landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
13
Fu scoperto in un primo momento che essi non erano generalmente presenti come
semplici trigliceridi trioleina tripalmitina etc ma teorie su una pari distribuzione
(ciascun acido grasso distribuito su molte molecole di trigliceridi possibili) o una
distribuzione randomizzata (acidi grassi distribuiti in maniera casuale sui trigliceridi)
sono state ugualmente trovate spesso non corrispondere alle composizioni sperimentali
determinante dei trigliceridi
Come puograve essere visto i gruppi ossidrilici del glicerolo non sono tutti equivalenti ci
sono due primari e uno secondario su ciascuna molecola
Unaltra teoria sulla distribuzione degli acidi grassi egrave che gli acidi insaturi si attaccano
preferibilmente alla posizione secondaria e quelli rimanenti insieme con gli acidi saturi
sono distribuiti in moto casuale fra le posizioni primarie Infatti ciograve risulta in una
composizione calcolata di trigliceridi non lontana dalla casualitagrave che perograve ancora non
concorda con quella realmente trovata per lolio di lino per esempio per la quale egrave stata
presentata una teoria di aggiustamento
Per i nostri scopi comunque la cosa importante da ricordare egrave che il numero dei possibili
differenti trigliceridi egrave molto maggiore del numero degli acidi grassi componenti Per
esempio con solamente tre acidi grassi possono essere formati 14 differenti trigliceridi
assumendo che i due gruppi ossidrilici primari sono considerati chimicamente
equivalenti Con piugrave acidi grassi il numero di possibilitagrave cresce rapidamente con cinque
acidi grassi dellolio di lino ci possono essere ben 55 differenti trigliceridi La
complessitagrave risultante significa che lanalisi di un grasso per la determinazione specifica
della composizione dei trigliceridi egrave un compito molto piugrave difficile nellanalisi degli
acidi grassi e che egrave stata eseguita solo in maniera incompleta per la maggior parte di
essi Ciograve egrave risultato difficile percheacute lalto peso molecolare dei trigliceridi e la loro
conseguente bassa volatilitagrave rende difficile analizzarli mediante gascromatografia
Dovremmo quindi qui considerare i grassi in generale solo in termini degli acidi grassi
che li compongono
Proprietagrave chimiche dei grassi
Le proprietagrave chimiche dei grassi sono determinate dalle loro principali caratteristiche
strutturali vale a dire dalla presenza della funzione tripla esterea in ciascuna molecola
e dalla possibile presenza di doppi legami reattivi
La presenza di acidi grassi contenenti due o piugrave doppi legami conferisce alla molecola
lalta sensibilitagrave allossidazione caratteristica degli oli siccativi che saragrave discussa di
seguito Al contrario lassenza di doppi legami si traduce in una relativa stabilitagrave
allossidazione e questo egrave vero in molti grassi animali saturi purificati
La presenza di gruppi esterei significa che le molecole possono essere rotte a livello del
glicerolo e degli acidi grassi mediante processi di saponificazione e di idrolisi
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
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Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
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Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
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anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
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landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
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Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
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legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
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siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
14
Il termine saponificazione si riferisce al trattamento del grasso con alcali acquosi soda
caustica o potassa (per esempio lidrossido di sodio o lidrossido di potassio) per portare
ai sali di sodio e potassio degli acidi grassi (saponi) e glicerolo
Lidrolisi si riferisce alla reazione per mezzo della quale la scissione viene portata avanti
anche con sola acqua richiede temperature piugrave elevate la presenza di una certa quantitagrave
di acido minerale come catalizzatore entrambi i processi portano ad acidi grassi liberi
La reazione puograve anche avvenire come risultato dellazione enzimatica iniziata da batteri
o funghi e questa saragrave discussa nella prossima sezione
Reazioni dei lipidi
Saponificazione la reazione consiste nel trattare il trigliceride con idrossido di sodio per la precisione tre molecole nel
sistema biologico la reazione avviene per mezzo di enzimi quali la lipasi a bassa temperatura Il prodotto viene detto
sapone ed egrave un sale dellrsquoacido carbossilico a catena lunga liberando glicerina
Idrogenazione questa reazione comporta la saturazione dei doppi legami e viene sfruttata industrialmente per trasformare gli
oli in grassi La reazione consiste nellrsquoaggiungere idrogeno con catalizzatori a base di nichel a differenti temperature Le
margarine sono grassi alimentari ottenuti per idrogenazione catalitica di un emulsione in acqua di oli vegetali Il burro
invece e una miscela di trigliceridi in cui sono presenti grassi a catena corta massimo 16 atomi di carbonio
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
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Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
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Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
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anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
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landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
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Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
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legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
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separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
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siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
15
Idrogenolisi questa reazione comporta la scissione dei legami esterei mediante riduzione operata con idrogeno in presenza
di una miscela di ossidi a base di cromo e rame Si lavora a temperature dellrsquoordine di 150degC e a pressioni di 300 atm I
prodotti che si ottengono sono la glicerina e alcol corrispondente
Autossidazione meglio conosciuta come irrancidimento egrave la reazione che porta alla formazione degli idroperossidi Si
formano in presenza di traccie di metalli calore radiazioni
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
16
Cambiamenti nei grassi
Grassi sepolti
Materiali grassi sono stati trovati in vasellami sepolti nel terreno e sono stati trovati di
solito completamente convertiti in acidi grassi liberi Tutto il glicerolo ha subito la
reazione di idrolisied egrave stato presumibilmente lavato via dallacqua Come questa
trasformazione sia avvenuta non egrave stato ancora chiaramente stabilito Si puograve ipotizzare
che lidrolisi ha avuto effetto solo per azione dellacqua avendo avuto un tempo
sufficientemente lungo ma di fatto sembra che il cambiamento sia avvenuto molto piugrave
rapidamente per azione batterica
I materiali piugrave studiati sono stati quelli derivanti da grassi umani conosciuti come
adipocere e il materiale qualche volta trovato sepolto nelle paludi Scozzesi e Irlandesi
conosciuto come ldquoburro delle paludirdquo
Il cosidetto ldquoburro di paluderdquo fu trovato sepolto allrsquointerno di una sorta di
contenitore di legno Esso egrave un idrocarburo di origine animale conosciuto
anche come butirellite Fino al 2003 gli scienziati e gli archeologi non
erano affatto sicuri della sua origine Alcuni scienziati dellrsquouniversitagrave di
Bristol scoprirono che alcuni campioni del ldquoburrordquo erano di origine
adiposasego mentre altri di origine lattariocasearia
Fu proposto che il ldquoburro di paluderdquo sia stato fatto da prodotti alimentari
sepolti allo scopo di refrigerazione arcaica poicheacute la torba crea un sigillo
igienico intorno al materiale sepolto
Il ldquoburro delle paludirdquo ha una composizione con alta percentuale di acidi grassi saturi la
maggior parte C16 e C18 con una certa quantitagrave di acido C18 mono-insaturo (oleico) in
gran parte riconducibile ai due possibili tipici contendenti il materiale originale burro e
grasso di montone
La scomparsa degli acidi insaturi avrebbe potuto essere prevista ma la cosa meno
spiegabile egrave unapparente aumento del rapporto di acido palmitico e acido stearico nel
burro di palude Esperimenti hanno mostrato che il burro ed il grasso di montone
incubati nellacqua contenente piccole quantitagrave di nutrienti chimici e microrganismi del
terreno in un ambiente virtualmente anaerobico (senza ossigeno) piuttosto rapidamente
(1 o 2 anni) inducono i cambiamenti indicati sopra
Lrsquoadipocere si riferisce al prodotto di decomposizione che si forma per la conversione
dopo la morte del tessuto adiposo in una miscela lipidica Durante il processo di
conversione i trigliceridi presenti nel tessuto adiposo si trasformano in acidi grassi
mediante idrolisi Nelle giuste condizioni lrsquoidrogenazione degli acidi grassi liberi
produrragrave adipocere che egrave principalmente composto di acidi grassi saturi liberi Quindi
lrsquoadipocere o cera di tomba o cera mortuaria sono gli acidi grassi insolubili lasciati
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
17
come residuo dai grassi pre-esistenti provenienti da materiale in decomposizione come
un cadavere umano Esso egrave formato per lenta idrolisi in terreno umido e puograve avvenire
sia in corpi imbalsamati che in corpi non trattati
Lrsquoadipocere inibisce la crescita dei batteri e in qualche modo puograve proteggere il
cadavere dalla decomposizione Esso si incomincia a formare dopo circa un mese
dalla morte e puograve persistere per secoli Poicheacute si forma attraverso lrsquoidrolisi ciograve avviene
piugrave facilmente in ambienti umidi o dentro lrsquoacqua Un corpo esposto allrsquoaria
difficilmente forma depositi di adipocere Il processo di formazione di adipocere egrave
anche conosciuto come saponificazione
Unrsquoampia serie di esperimenti egrave stata portata avanti da den Dooren de Jong sulla
conversione dellolio di oliva ad un materiale simile alladipocere mediante acqua e
batteri in eventuali (sebbene non inizialmente) condizioni anaerobiche
Egli dimostrograve che la proporzione di acido palmitico nel materiale risultante era
fortemente aumentato e che questo era apparentemente formato da acido oleico poicheacute
ciograve era risultato da una conversione simile della trioleina pura (trigliceride formato da
glicerolo e acido oleico) Anche una certa quantitagrave di culture pure vale a dire di
staffilococco spp e Proteus sono stati capaci di realizzare la trasformazione molto
rapidamente per esempio in poche settimane
Come avvenga questa trasformazione dellacido oleico ad acido palmitico coinvolgendo
la perdita di due carboni e la saturazione del doppio legame egrave lontana da essere ovvia
Non cegrave una semplice strada chimica ma apparentemente tali reazioni si possono
comunemente incontrare nel metabolismo dei lipidi
La strada suggerita coinvolge prima
lidrolisi ad acidi liberi mediante lipasi associata con certi batteri (lossigeno
sembra necessario)
poi la deidrogenazione per dare lrsquo acido -insaturo (il carbonio egrave quello a cui
il gruppo dellrsquoacido carbossilico egrave attaccato mentre il carbonio egrave il successivo
lungo la catena)
segue la scissione ossidativa di questo doppio legame per dare lacido con due
atomi di carbonio in meno
ed infine la idrogenazione del doppio legame originale
In ogni caso rimangono dei problemi con questa spiegazione
1 Lossidazione nella posizione distante due carboni dal gruppo carbossilico
( ossidazione) egrave molto ben conosciuta come parte del metabolismo degli
acidi grassi ma generalmente non si ferma fincheacute tutta la catena non sia
stata degradata
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
18
2 Inoltre lattacco generalmente avviene al doppio legame qualora sia
presente come qui e lrsquoapparente riduzione di questo qui egrave senza
spiegazione
Chiaramente sono richieste ulteriori investigazioni
The Varrentrapp reaction is an organic reaction involving the chemical
decomposition of an αβ-unsaturated acid into two other acid fragments by action of molten alkali This reaction pioneered by F Varrentrapp in 1840 [1] has been of
some importance in structure elucidation of certain fatty acids but has no practical synthetic use [2] [3]
The original 1840 Varrentrapp reaction concerned the conversion of oleic acid to palmitic acid acetic acid and hydrogen gas
the reaction conditions are harsh medium molten potassium hydroxide at temperatures in the range of 250 to 300 degC Likewise cinnamic acid is converted
to benzoic acid The reaction mechanism for this reaction is outlined below Although the alkene
group in the fatty acid can be located at more than one position in the chain this does not affect the nature of te reaction products This is because the double
bond always migrates to the position next to the carboxylic acid group prior to cleavage The next step is nucleophilic addition of a hydroxyl anion to the double
bond of 1 followed by proton migration to intermediate 3 The next step is
cleavage to enolate 4a and aldehyde 4b The enolate on acidic workup will form acetic acid The aldehyde continues to react with another equivalent of base
forming carboxylate 7 together with hydrogen The hydride transfer is akin the Cannizzaro reaction
19
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
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opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
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Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
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Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
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anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
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Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
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canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
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landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
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Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
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Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
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legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
20
Initiating Step For this example the 16 carbon palmitic acid is being used The initial event in the utilization of fat as an energy source is the hydrolysis of the triglyceride by a lipase in the adipose tissue cell Hormones such as epinephrine norepinephrine glucagon and adrenocorticotrophic hormones stimulate the adenyl cyclase in adipose cells The sequence of reactions is similar to that already described for glycogenolysis in prior page Ultimately lipase is activated by a phosphorylation reaction Before fatty acids can be oxidized they must first undergo an initiating or priming step Fatty acids in the cytoplasm must cross the mitachondria membrane before the oxidations begin Simple fatty
acids are unable to cross this membrane unassisted The overall initiating step is the reaction of the fatty acid with coenzyme A in a thioester formation This reaction requires energy and is therefore coupled with the hydrolysis of ATP to AMP The activated long chain fatty acid is carried across the mitochondria membrane by an organic compound called carnitine
The fatty acid-CoA molecule is degraded into acetyl CoA molecules by a recurring cyclic sequence of four reactions The end product of each cycle is the fatty acid shortened by 2 carbons and acetyl CoA The series of reactions is also known as the beta-oxidation pathway because the major reaction site is the beta-carbon or 3 carbon from the thioester carbon The complete reaction sequence for one fatty acid cycle is given as follows Actually the reactions in the fatty acid cycle closely resemble the last three steps of the citric acid cycle Step 1 Oxidation (Dehydrogenation) The coenzyme FAD which is directly connected to the electron transport chain is involved with this reaction Again it is somewhat unusual for hydrogens to be removed from an alkane hydrocarbon chain The hydrogens on the 2 and 3 carbons are removed to form a trans double bond (alkene) type compound The FAD is converted to FADH2 and carries the two hydrogens and two electrons in the electron transport chain Because this is the second enzyme complex the net yield of ATP is two
Step 2 Hydration Reaction
This is an easily recognizable hydration reaction of an alkene to make an alcohol where the alcohol is formed on the 3 or beta carbon This is the beginning reaction preparation for the eventual break off
of two carbons at a time
Step 3 Oxidation Reaction Again this reaction should be readily recognized as an oxidation of an alcohol by the coenzyme NAD+ to form a ketone on the 3 or beta carbon The NAD+ is converted to NADH + H+ which is a direct link to the electron transport chain A result of this oxidation reaction is the production of three ATP molecules
Step 4 Cleavage by CoA
The final step is the cleavage of the acetyl CoA from the original fatty acid chain (16 carbons)
At the same time a new CoA molecule makes a new thioester bond to the 3 or beta carbon carbonyl group Notice that the final fatty acid molecule attached to the new CoA has two
carbons less than when it started (14 carbons)
The 14 carbon-CoA molecule repeats steps 1-4 and finishes as 12 carbon-CoA plus acetyl CoA
The 12 carbon-CoA repeats steps 1-4 and finishes as 10 carbon-CoA plus acetyl CoA The
cycles are repeated until the last cycle begins with a 4 carbon-CoA and finishes as two acetyl CoA molecules Since the fatty acid cycles have a definite beginning and end it is better to refer
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
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Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
21
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
22
Queste trasformazioni dovute a batteri sono dipendenti dalla temperatura e sono lente a
bassa temperatura Recentemente egrave stato dimostrato che campioni di grasso di un
migliaio di anni proveniente da un mucchio di letame congelato nellYukon non erano
stati sottoposti a grandi cambiamenti nella composizione degli acidi grassi e ancora
presentavano una relativamente grande quantitagrave di acido oleico e altri acidi insaturi Ciograve
nonostante gli acidi grassi erano quasi interamente liberi indicando che lrsquoidrolisi del
campione avviene nel tempo in condizioni umide
Lrsquoadipocere di un corpo immerso in una palude irlandese di circa 1570 dC egrave stato
analizzato con attenzione mediante gas-massa Esso era completamente idrolizzato e
consisteva interamente di acidi grassi la composizione del quale era molto usuale con
grandi proporzioni di acido palmitico Gli acidi idrossi-palmitico e stearico erano
ugualmente presenti in piccole quantitagrave
Alcuni campioni archeologici indicano che non avviene necessariamente la completa
idrolisi Il contenuto di due bottiglie di vetro romane che contenevano acqua come
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
23
anche residui grassi consistevano di mono e di-gliceridi come anche di acidi grassi
liberi e questo risultato simile egrave stato riportato per lanalisi di un grasso emulsionato in
unaltra bottiglia romana Una quantitagrave significativa di acido oleico era anche presente
nellrsquoultimo esempio ed questo era vero anche che i resti di olio di oliva sulle pareti di
anfore ricoperto dal terreno sebbene qui non egrave stato determinato quanto lidrolisi sia
andata avanti Il contenuto di una giara egiziana rotta (sesto secolo prima di Cristo)
conteneva anche acidi grassi liberi sebbene in una proporzione con i gliceridi che non egrave
stata determinata In questo caso sono stati trovati anche acidi dicarbossilici a catena piugrave
corta come lrsquoacido azelaico (vedi dopo)
Serie omologhe di acidi di carbossilici sono state trovate nei lipidi di una mummia
egiziana di 4000 anni come anche idrossi e ossiacidi grassi sebbene non sia chiaro se in
quantitagrave relative significative rispetto agli acidi saturi
Lrsquoanalisi gascromatografica degli acidi grassi egrave usata sempre di piugrave allo scopo di
identificare le origini vegetali o animali dei residui grassi archeologici Ersquo necessaria
cautela in relazione ai cambiamenti nelle percentuali degli acidi grassi saturi che
possono avvenire come spiegato sopra
Grassi in oggetti etnografici e di altro tipo
Certi oggetti sono stati spesso trattati o ricoperti con oli o grassi sia come trattamento sia
come presunta misura di conservazione I cambiamenti chimici nei grassi generalmente
hanno conseguenze visibili che egrave necessario studiare con attenzione e per questo sono
state effettuate un certo numero di analisi
Sculture in legno e oggetti domestici da Mali nellAfrica occidentale spesso mostrano
una fioritura biancastra sulla superficie come risultato di un trattamento originale con
grassi disponibili localmente come il grasso di noce shea (da Butyrospermum parkii) e
altri Uno studio di questa fluorescenza su un certo numero di oggetti usando la gas
cromatografia per alcuni e la spettroscopia infrarossa per i rimanenti ha confermato la
sua natura grassa GLC ha identificato positivamente il grasso di noce shea per un
campione ed olio di palma per un altro e questa seconda identificazione egrave servita per
confermare una ri-attribuzione di un oggetto ad una differente tribugrave e localitagrave
Sfortunatamente non egrave stato chiaramente stabilito in che proporzione lessudato
consisteva di acidi grassi liberi piuttosto che trigliceridi Nel caso di un campione
proveniente da una zona restaurata di una scultura la spettroscopia infrarossa ha
identificato il materiale come cera di carnauba non originale (421)
La tapa Hawaiana stoffa di corteccia preparata dalla corteccia interna di certe piante egrave
spesso oliata per renderlo impermeabile e piugrave flessibile Questo porta ad un notevole
degrado probabilmente dovuto alla natura acida dei prodotti di ossidazione dellolio
GLCegrave stata usata per identificare lolio in sei o sette campioni come anche lolio di noce
kukui da Aleurites molluccana Wild
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
24
Uno studio interessante egrave stato pubblicato sui risultati di un trattamento con grassi (fatto
da collezionisti e musei) dei bronzi di Benin come protettivi ipotizzati Le analisi GLC
hanno mostrato che i grassi sono stati quasi completamente idrolizzati ad acidi grassi
liberi e che questi hanno corroso il bronzo per dare rame e sali di zinco Tests di studio
hanno mostrato che una copertura di acidi grassi liberi (oleico palmitico e stearico)
applicati al rame viene convertito per il 50 in sali di rame in soltanto quattro giorni
dopo due mesi la trasformazione egrave completa Leffetto egrave simile a quello qualche volta
osservato nei dipinti ad olio occidentali su pannelli di rame dove la preparazione ad olio
ha reagito con il metallo per dare sali di rame verdi
Florescenze acide sono qualche volta osservate anche su superfici dei dipinti e questo
saragrave discusso nella sezione piugrave avanti
Oli siccativi e processo di essiccamento
Un olio egrave capace di seccare cioegrave si dice di polimerizzare in una forma semi solida solo
se ha un contenuto sufficiente di acidi grassi di o tri insaturi nella composizione dei suoi
componenti trigliceridi Devono avere una media di almeno due centri reattivi allinterno
di ciascuna molecola dei trigliceridi ciograve sarebbe ottenuto in un olio teorico che
contenesse 66 di acido linoleico In pratica sia gli acidi linoleico che linolenico sono
trovati insieme e il tipo di composizione che risulta soddisfacente per un essiccamento
puograve essere stabilita dalla tabella 31
Il grado con cui lacido oleico mono-insaturo prende parte alle reazioni di
polimerizzazione non egrave certa Certamente esso viene ossidato gradualmente ma
probabilmente non viene incorporato nella rete polimerica tranne forse occasionalmente
come gruppo finale
Gli oli siccativi che hanno trovato il maggiore uso dei dipinti europei occidentali sono
lolio di lino lolio di noce e lolio di papavero Altri che sono stati nominati nelle prime
fonti di letteratura ma per i quali non cegrave una certezza evidente di utilizzo sono lolio di
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
25
canapa (dalla cannabis sativa) ed lolio di pigna (dai semi commestibili o noci del pino a
ombrello (pinus pinea) Levidenza della analisi (1214) suggerigrave che lolio di lino fu
usato nel nord Europa dal XIII secolo almeno sulla sua introduzione in Italia nei dipinti
ad olio del XV secolo sembra principalmente sia stato usato lolio di noce ma lutilizzo
dellolio di lino divenne piugrave generale nel XVI secolo
Il periodo in cui gli olii furono usati per la prima volta nei dipinti egrave abbastanza
sconosciuto Lolio di lino era ben conosciuto dagli antichi egiziani poicheacute il lino veniva
fatto crescere per la sua filatura in tessuto ma in accordo con Lucas non cegrave unevidenza
che lolio fosse mai stato usato per dipingere Ugualmente sebbene gli oli di noce e di
papavero erano conosciuti nellepoca classica greca e romana non cegrave menzione del
loro utilizzo nella pittura
Gli scritti di Teofilo del XII secolo sono il primo riferimento dellutilizzo dellolio per
stemperare i colori ma ancora prima nel sesto secolo uno scrittore medico chiamato
Ezio ha menzionato lolio siccativo come vernice per finire i dipinti Eastlake ha
focalizzato lattenzione sui Close Rolls (registri delle spese reali) per lacquisto di grandi
quantitagrave di olio da pittori doveva essere usato per il lavoro sulla decorazione della
cappella di Santo Stefano una parte del palazzo di Westminster nel XIV secolo e i
dipinti infatti si egrave trovato che sono eseguiti con pitture ad olio Molti antichi lavori in
arte norvegese comprese le pale daltare e le sculture policrome sono anchesse dipinti
con olio probabilmente di lino Altri oli siccativi sono stati prodotti da alberi e piante
native di altre parti del mondo e alcune hanno una lunga storia di utilizzo locale Quindi
gli oli di perilla e canapa sono entrambi menzionati in un documento giapponese
dell883 Lolio di perilla egrave stato probabilmente il tipo utilizzato nellantica (VIII secolo)
tecnica di pittura ad olio in Giappone nella quale veniva incorporato piombo come
essiccante Lolio di Chia dai semi di salvia hispanica egrave stato usato come legante di
pittura in Messico durante il periodo coloniale spagnolo
Alcuni oli esotici come il Tung ( olio dei legno della Cina) perilla e Oiticica sono stati
prodotti su larga scala per un utilizzo commerciale nel XX secolo Altri oli come i semi
del tabacco sono una recente introduzione come lo egrave lutilizzo di oli naturali modificati
come lolio di ricino disidratato
Meccanismo di essiccamento
La graduale conversione di un olio liquido attraverso uno stato di gel morbido ad una
forma solida gommosa avviene come risultato di una reazione a catena di radicali liberi
Poicheacute gli oli sono miscele di composti il loro essiccamento non egrave spiegabile in termini
di un semplice ed uniforme schema di reazione come puograve essere la polimerizzazione di
un monomero puro come lacetato di vinile Ciograve che puograve essere indicato sono i tipi di
reazioni che possono avvenire e i tipi di legame che si formano anche le reazioni
competitive di ossidazione che avvengono e che sono in natura degradative e portano
alla produzione di molecole piccole In pratica esistono anche fattori che influenzano
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
26
landamento della reazione di essiccamento come linfluenza della luce la presenza di
differenti ioni metallici dai pigmenti lo spessore del film e inoltre la disponibilitagrave di
ossigeno e lestensione della pre-polimerizzazione dellolio
I legami tra carbonio e idrogeno sono molto forti e una elevata energia deve essere
trasmessa alla molecola per poterli rompere La quantitagrave di energia richiesta lenergia di
dissociazione del legame dipende dalla struttura della molecola nel suo insieme ma in
particolar modo dallintorno molecolare piugrave vicino del legame in questione Esso
diminuisce quanto piugrave lrsquoatomo di carbonio che ha un legame con lidrogeno possiede
legami con altri atomi di carbonio piuttosto che con altri idrogeni cioegrave a dire (vedi
111) quando lidrogeno egrave terziario piuttosto che secondario o primario Quindi per il
metano CH3-H lenergia egrave di 102 kcal per gli idrogeni primari come nelletano
CH3CH2-H egrave di 98 per gli idrogeni secondari come nellisopropano (CH3)2CH-H egrave di
94 (CH3)3C-H egrave di 90 Queste sono tuttavia energie elevate e ciograve significa che la rottura
del legame di questi composti avvengono solo a temperature molto elevate
In prossimitagrave dei doppi legami risulta anche un abbassamento dellenergia di
dissociazione del legame scende a 77 kcal per il propilene CH2=CHCH2-H Valori
ancora piugrave bassi si ottengono dagli atomi di idrogeno situati sul gruppo metilenico tra
due doppi legami coniugati sebbene le cifre esatte sembra non siano disponibili Questo
egrave il caso degli acidi grassi insaturi con cui noi abbiamo a che fare acido linoleico e
linolenico il primo con uno il secondo con due gruppi metilenici
Il primo passo nel processo di essiccamento si pensa generalmente che sia lestrazione di
un atomo di idrogeno dalla sua posizione per portare a un radicale libero
Come questa estrazione avvenga inizialmente egrave ancora una questione aperta ci sono
molti possibili modi Comunque come essa continua sembra abbastanza chiaro per i
radicali reattivi che vengono formati e che ne determineranno lo svolgimento come
vedremo di seguito Il radicale sopra egrave stabilizzato dalla delocalizzazione o risonanza
che si comporta come se fosse una miscela o un ibrido del radicale scritto sopra con due
radicali riarrangiati con i doppi legami coniugati
e
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
27
Questi radicali liberi sono molto reattivi e per loro sono possibili diverse possibilitagrave di
reazione La piugrave favorita egrave la reazione con lossigeno dellaria se esso egrave facilmente
disponibile per portare a radicali intermedi di perossidi
Questi a turno possono estrarre un atomo di idrogeno da unaltra molecola di acido
insaturo (propagando cosigrave la reazione) per dare gli idroperossidi
Queste reazioni propagate a catena non risultano perograve unire insieme le unitagrave dei
trigliceridi Questo puograve avvenire in diversi modi I radicali perossidici possono invece
di estrarre lidrogeno addizionarsi al sistema di doppi legami specialmente di doppi
legami coniugati
Per dare un dimero legato attraverso un gruppo perossidico il nuovo radicale in grado
di riarrangiare eo reagire ulteriormente lo apre in varie modalitagrave possibili Allo stesso
modo puograve avvenire unrsquoaddizione simile ai doppi legami con i radicali alcossidici
prodotti per
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
28
Omolisi degli idroperossidi e perossidi per portare al dimero formato da un singolo
ossigeno (etere) che fa da ponte di legame
Puograve anche avvenire una polimerizzazione poicheacute i radicali carbonici formati come
spiegato sopra possono addizionare direttamente i doppi legami nello stesso modo come
alchilperossidi radicale o alchilossi radicale
Il nuovo radicale formato va avanti a reagire nello stesso o in altri modi Non si creda
che ognuna di queste reazioni di formazione di legami va avanti per produrre catene
polimeri molto lunghe che invece si formano nella regolare polimerizzazione dei
monomeri vinilici ma non egrave necessario che essi debbano farlo per la produzione del
polimero tridimensionale a rete come spieghiamo in seguito Le reazioni a catena
vengono terminate per formazione di prodotti non radicali ugualmente per reazione tra
due radicali come
oppure occasionalmente mediante ossidazione dei radicali carbonilici a ioni carbonio
con ioni di metalli di transizione nel film lo ione quindi perde un protone per riformare
un doppio legame
Le proporzioni relative dei tre tipi di legami prodotti carbonio-carbonio etere e
perossido non sono conosciute Esse varieranno con le condizioni e non rimarranno mai
costanti I legami carbonio-carbonio ed esterei sono probabilmente stabili rispetto ai
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
29
legami perossidici che possono convertirsi in due alcossi-radicali e reagire
ulteriormente come spiegato sopra
Le reazioni sopradescritte sono state discusse in termini di acidi grassi singoli ed egrave stato
detto che i legami che si sviluppano raramente procedono oltre il punto di formazione di
dimeri o possibilmente trimeri Chiaramente se fossero coinvolti i singoli acidi essi non
potrebbero infatti mai condurre a una rete con legami incrociati in tre dimensioni ma
non sono gli acidi singoli ad essere coinvolti bensigrave i trigliceridi e ciascun trigliceride ha
due o tre acidi grassi insaturi su ciascuna molecola
Quindi dopo la formazione di un dimero trigliceride usando una catena di acido grasso
da ciascuna molecola il dimero manterragrave ancora da 2 a 4 catene di acido grasso insaturo
rimanenti per continuare il processo di polimerizzazione
Se due di questi dimeri quindi si legano insieme per dare un tetramero allora questo avragrave
tra 2 e 6 catene di acidi grassi insaturi rimanenti ed esso per esempio saragrave almeno
altrettanto bene o anche meglio attrezzato a continuare il processo di dimerizzazione E
questo discorso presume solo la dimerizzazione se le reazioni a catena fossero piugrave
lunghe procedendo con tre o quattro stadi allora il risultato sarebbe anche piugrave
favorevole per lo sviluppo di una rete altamente ramificata
Fattori che influenzano il processo di essiccamento
La precedente descrizione del meccanismo di essiccamento egrave semplificata e lascia fuori
molte possibilitagrave per lo piugrave non spiegate in particolare rimangono incerti i meccanismi
di iniziazione della reazione a catena
Egrave noto che certi oli come il Tung contengono alte proporzioni di acidi con doppi legami
coniugati essi seccano molto piugrave rapidamente di quelli come lolio di lino in cui i doppi
legami sono inizialmente non coniugati Le ragioni per questo sono incerte Puograve
significare
che la polimerizzazione puograve essere iniziata da un diretto attacco dellossigeno sui
doppi legami coniugati
che i radicali liberi sono piugrave facilmente formati da essi mediati forse da ioni
metallici di transizione
oppure egrave possibile che specie attivate siano formate per assorbimento della luce (i
dieni e i trieni coniugati assorbono nel vicino ultravioletto)
Tutte queste cause hanno i loro sostenitori Esse non possono essere considerate in
dettaglio qui la questione degli effetti dei pigmenti deve perograve almeno essere toccata
Nella storia della pittura fu presto scoperto che gli oli seccavano piugrave rapidamente in
presenza di certi pigmenti piuttosto che di altri Gli effetti potevano non essere
semplicemente di una maggiore velocitagrave di essiccamento certi pigmenti base servono a
raccogliere i prodotti di ossidazione acidi a basso peso molecolare la cui presenza puograve
altrimenti ammorbidire il film essiccato (un effetto conosciuto come sineresi
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
30
separazione spontanea di un liquido da un gel o da una sospensione colloidale dovuta
alla contrazione del gel) Laumento della velocitagrave di essiccamento si trova
principalmente con composti dei metalli capaci di esistere in piugrave di uno stato di valenza
Il cobalto il manganese e il piombo sono considerati essere i piugrave attivi in questo ordine
I loro composti che sono solubili in olio come il loro naftenati resinati o i loro sali con
acidi grassi a lunga catena sono spesso addizionati a pitture ad olio commerciali o
vernici per favorire lessiccamento I pigmenti tradizionali degli artisti non sono solubili
in grande quantitagrave nel legante olio naturalmente (con alcune eccezioni) ogni effetto per
favorire lessiccamento che essi hanno deve presumibilmente partire dallinterfaccia
pigmento legante Le reazioni che possono avvenire sono semplificate dai seguenti
schemi
La prima equazione mostra una tipica reazione con idroperossido che avviene facilmente
a temperatura ambiente Lo ione cobaltico egrave ridotto a cobaltoso convertendo
lidroperossido in idroperossido radicale e un protone Questo sistema egrave spesso utilizzato
per favorire la polimerizzazione di certi monomeri essendo lidroperossido cosigrave
chiamato iniziatore il cobalto o un il sale di un altro metallo in soluzione il promotore
Nella seconda equazione lo ione cobaltoso egrave ri-ossidato di nuovo a ione cobaltico
dallossigeno atmosferico e viene prodotto un radicale ione ossigeno A questo punto
facilmente reagisce con lo ione idrogeno come nella terza equazione per dare un
radicale libero perossido che puograve anche iniziare le reazioni a catena Queste non sono le
sole possibili vie di reazione lo ione cobaltoso puograve anche favorire la decomposizione
dell idroperossido in un modo differente quindi
Questa reazione insieme con la prima delle tre viste sopra fornisce un meccanismo
redox (riduzione-ossidazione) che favorisce la polimerizzazione di un sistema chiuso
senza lintervento dellossigeno Unaltra possibilitagrave egrave la diretta ossidazione dei gruppi
metilenici adiacenti o tra doppi legami come segue
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
31
Reazioni come queste hanno grandi vantaggi di requisiti energetici rispetto quelle che
comportano lomolisi in due radicali
Alcuni ioni metallici possono agire come terminatori di catena Egrave stato osservato spesso
che film di pittura contenenti pigmenti verdi di rame in particolar modo verdigris
(acetato basico di rame Pb(CH3COO)2Pb(OH)2) contengono una quantitagrave maggiore di
composti insaturi come per esempio acido oleico rispetto ad altre pellicole pittoriche
dello stesso periodo contenenti altri pigmenti Il meccanismo di interruzione della catena
in questo caso si crede che sia lossidazione del singolo elettrone del carbonio radicale a
ione carbonio seguito dalla perdita di un protone adiacente alla catena per ridare un
doppio legame
Allo stesso modo questi composti di rame sembrano non ritardare in alcun modo il
processo di essiccamento Chiaramente ci sono sottigliezze che qui non sono ancora
state capite
Il vermiglione pigmento rosso (solfuro di mercurio) ha un effetto di notevole
accelerazione sulla degradazione ossidativa dellolio essiccato Questo probabilmente
spiega la maggiore vulnerabilitagrave verso deboli solventi di pulitura spesso notata nelle
zone dipinte a vermiglione nei dipinti antichi
Antiossidanti ed inibitori
Non sono solamente i materiali inorganici che possono influenzare il corso o la velocitagrave
di essiccamento Alcune classi di composti chimici in particolare fenolici sono in grado
di reagire con i perossi o alcossi radicali formati nel processo di essiccamento per dare
arilossi radicali piuttosto stabili che finiscono per dimerizzare o piuttosto essere ossidati
dallossigeno a chinoni
Le reazioni a catena dei radicali liberi che portano allessiccamento (o ad altre reazioni
di auto ossidazione) sono quindi effettivamente stoppate almeno fincheacute tutti i fenoli
presenti non vengono utilizzati
Composti di questo tipo sono conosciuti come inibitori o antiossidanti (discussi piugrave
avanti nella sezione 1121) e sono di grande importanza industriale essendo aggiunti a
molti prodotti per fermare o rallentare la degradazione ossidativa Vari tipi di fenoli sono
comuni componenti minori di prodotti naturali di cui si servono come naturali
antiossidante Il periodo di ritardo iniziale nellinizio dellessiccamento degli oli
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
32
siccativi si pensa sia dovuto alla presenza di questi e in particolare il gruppo di composti
conosciuti come tocoferoli (vitamina E)
I fenoli sono presenti nei catrami in certi altri materiali che sono prodotti di pirolisi e
questa egrave la probabile ragione per la scarsa capacitagrave essiccativa dei film pittorici
contenenti carbone nero come pigmento come anche terre bituminose come i bruni di
Vandyck
Processi di ossidazione a che portano a piccole molecole
Alcune delle reazioni che avvengono durante lessiccamento non portano a legami
incrociati ma alla rottura del legame e alla formazione di prodotti di degradazione a
basso peso molecolare
Il principale modo con cui questo avviene egrave attraverso un percorso alternativo della
reazione degli intermedi idroperossidici Alchilossi radicali prodotti dagli idroperossidi
nei modi descritti possono rompersi invece di addizionarsi ai doppi legami o estrarre
idrogeno ad altre molecole
I prodotti sono unaldeide e un radicale alchilico Il radicale puograve andare a reagire con
lossigeno o addizionarsi ai doppi legami laldeide generalmente viene ulteriormente
ossidata ad acido carbossilico Se R rappresenta il gliceroestere finale di una molecola di
acido grasso allora il risultante acido egrave ancora attaccato a questa come metagrave dellestere
dellacido carbossilico Se rappresenta lidrossicarbonio finale della catena dellacido
grasso allora il prodotto egrave un acido monocarbossilico libero La lunghezza della catena
di questi possibili prodotti dipende dallesatta posizione dei gruppi idroperossidici sulla
catena di acido grasso C18 Generalmente egrave in qualche punto piugrave o meno nel mezzo e
conseguentemente i maggiori prodotti sono mezzi esteri dellacido dicarbossilico C9
acida azelaico e i composti C8 e C10 con anche piccole quantitagrave di composti a catena
piugrave corta
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
33
Il piugrave abbondante acido monocarbossilico prodotto egrave anche il composto C9 sebbene si
siano trovati nei film di oli invecchiati quantitagrave molto minori di questo e di altri acidi
monocarbossilici rispetto agli acidi dicarbossilici
Ingiallimento delle pellicole ad olio
Le pellicole pittoriche formate da alcuni oli siccativi ingialliscono piugrave di altre
specialmente quando tenute al buio ed egrave noto che gli oli con un alto contenuto di acido
linolenico sono particolarmente soggetti a questo processo Diverse strutture chimiche
sono state suggerite come i possibili i contributi a questo colore giallo compresi i
chetoni e i sali di metalli di forme enoliche come queste
Egrave stato ugualmente focalizzato che questi sono dei gruppi di cromofori abbastanza
deboli (un cromoforo egrave un gruppo che assorbe nel visibile o dellultravioletto) e tali
composti dovrebbero essere presenti in grandi quantitagrave per produrre lintensitagrave del colore
osservato
Un suggerimento alternativo fu che lingiallimento al buio egrave una reazione superficiale
che ha bisogno della presenza di tracce di ammoniaca o forse di altre ammine presenti
nellatmosfera dando origine alla formazione di composti contenenti nuclei pirrolici Il
pirrolo stesso egrave incolore ma facilmente dagrave prodotti scuri di auto-ossidazione di struttura
incerta
Sono stati suggeriti altri possibili cromofori che possono dare un colore giallo per
esempio strutture chinoidi che possono derivare dalla condensazione di due molecole di
di-chetone la reazione di ingiallimento egrave lenta mentre il seguente sbiancamento per ri-
esposizione alla luce avviene molto rapidamente
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
34
Il ciclo di ingiallimento seguito dallo sbiancamento puograve essere ripetuto un certo numero
di volte Alcuni studi suggerirono che lestensione dellingiallimento diminuiva ogni
volta ma un lavoro piugrave recente ha indicato che linscurimento e la suscettibilitagrave allo
sbancamento non sono una funzione delletagrave della pellicola pittorica eo della sua storia
di inscurimento e sbancamento Reazioni di ingiallimento ugualmente sembrano il
risultato dellinterazione delle proteine (attendibilmente danno luogo ad ammine) con oli
siccativi auto-ossidanti e di conseguenza sono particolarmente responsabili di avvenire
con leganti emulsionati di proteineolio
Prepolimerizzati o stand oil
Gli oli siccativi possono essere trattati in vari modi per produrre materiali nei quali i
legami che legano insieme i trigliceridi sono giagrave parzialmente realizzati prima che lolio
sia utilizzato
Il prodotto egrave naturalmente piugrave viscoso rispetto agli oli grezzi da cui viene il nome di oli
addensati e olio a corpo La natura delle reazioni che avvengono dipende se
laddensamento egrave portato avanti in presenza o in assenza di aria Nel primo caso le
reazioni che avvengono sono essenzialmente le stesse di quelle che avvengono
nellessiccamento di un film di olio ma quando gli oli sono resi densi per calore in
assenza di aria che egrave il metodo usuale per preparare oggi gli stand oil allora avvengono
altri tipi di reazione
Da tempo egrave stato proposto che le reazioni di dimerizzazione che avvengono sono di tipo
Diels-Alder egrave ciograve sembra essere stato confermato recentemente Una reazione di Diels-
Alder avviene tra un diene coniugato egrave un composto con una doppio legame singolo per
dare un composto ciclico
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
35
Percheacute ciograve avvenga con lacido linolenico o linoleico egrave necessaria prima la reazione di
isomerizzazione dei doppi legami non coniugati per dare un diene coniugato Questo
avviene semplicemente riscaldando lolio ma egrave un processo lento e probabilmente con
uno stadio che controlla la velocitagrave
La formazione di prodotti di- e talvolta trimerici aumenta grandemente durante il
periodo di riscaldamento in alcuni esperimenti sulla formazione di stand Oil riscaldando
olio di lino a 300 gradi in atmosfera di azoto egrave stato trovato che dopo sei ore lolio
conteneva circa il 49 di gliceridi polimerici dopo 65 ore il 57 e dopo sette ore
l84 Le viscositagrave corrispondenti erano 33 73 e 210 pois rispettivamente
Come puograve essere visto il prodotto di dimerizzazione contiene un singolo doppio legame
e quindi potrebbe andare avanti a reagire ulteriormente con un diene per dare un trimero
sebbene di fatto levidenza egrave che poco di questo viene formato Si sa che in aggiunta alla
formazione del dimero acidi monomerici ciclici vengono formati riscaldando gli oli
siccativi in vari condizioni
Mentre la maggior parte del lavoro sperimentale sulla formazione di queste specie egrave
stata condotta usando condizioni alcaline che promuovevano lrsquoisomerizzazione essi
anche sono conosciuti per essere formati con il solo calore Il precursore dei monomeri
ciclici egrave un acido trienoico coniugato e infatti si notograve che nellolio tung riscaldato egrave
formato dallacido elaeostearico coniugato La reazione avviene mediante una reazione
cosigrave chiamata elettrociclica
Dove X+Y =10 La posizione del gruppo dienico nei prodotti che puograve essere
inizialmente come mostrata puograve spostarsi In circa il 55 del prodotto proveniente
dallolio di lino X egrave 2 e Y egrave 8
Il destino di questi acidi ciclizzati non egrave stato determinato con precisione ma quasi
certamente essi vengono incorporati nella rete del polimero forse prima attraverso la
partecipazione nella reazione di dimerizzazione digrave Diels-Alder Certamente essi non
sembra siano rilevabili dopo saponificazione nei film bene essiccati
Essiccamento degli stand Oil
Gli stand Oil seccano piugrave lentamente degli oli grezzi e con assorbimento di molto meno
ossigeno Quindi lolio di lino grezzo puograve assorbire circa il 10 o il 12 di ossigeno in
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
36
peso in confronto con il 3 per gli oli riscaldati La predominanza del legame carbonio-
carbonio rispetto ai legami carbonio-ossigeno nel polimero risultante egrave probabilmente
responsabile della migliore qualitagrave di durabilitagrave del film formato
Altri vantaggi degli stand Oil provengono dai minori cambiamenti di volume
nellessiccamento (risultano cosigrave meno raggrinzimenti) e la minore tendenza
allingiallimento (dovuta alla riduzione del contenuto di acido linolenico)
Componenti minori negli oli e nei grassi
In aggiunta ai trigliceridi gli oli e grassi generalmente contengono una piccola
proporzione generalmente meno dell1 dei cosiddetti composti neutri non
saponificabili che non reagiscono con gli alcali per dare saponi solubili in acqua
Attenzione particolare egrave stata data allidentificazione di queste specie in questi ultimi
anni ed esse sono state proposte anche come una possibile chiave di identificazione dei
differenti oli Comunque tranne nel caso dei grassi delle uova essi sono presenti in
quantitagrave cosigrave piccola da non avere un particolare significato sia per influenzare le
proprietagrave dellolio sia come sostanze identificative nelle analisi almeno nei casi di
piccoli campioni di oli essiccati
Le sostanze non saponificabili degli oli di semi sono generalmente miscele molto
complesse contenenti alcoli triterpenici (831) metil steroli e steroli Immancabilmente
presente e generalmente in grande quantitagrave egrave il sitosterolo
sitosterolo
37
Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
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usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
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Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
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opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
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Lo sterolo colesterolo egrave generalmente trovato soltanto in piccole quantitagrave insignificanti
per questo egrave lo sterolo caratteristico degli animali E presente in grandi quantitagrave nel
rosso del uovo che lo rende un interessante oggetto di discussione della composizione di
questo materiale complesso
colesterolo
La composizione del uovo in termini generali di gruppi chimici egrave mostrata in tabella
33
Le proteine saranno discusse in una parte specifica I lipidi i sono fatti di trigliceridi
(circa 65) fosfolipidi (circa 29) e colesterolo (circa 52) Il colesterolo egrave quindi
presente in quantitagrave di circa lo 05 dellintera composizione delluovo 15 nel rosso
delluovo o ancora come 25 dellintero uovo solido essiccato E questa egrave una grande
quantitagrave se confrontata con il contenuto di qualsiasi sterolo in un olio vegetale e la sua
determinazione in pittura indica la presenza delluovo
La natura dei fosfolipidi deve essere brevemente spiegata Essi sono in effetti trigliceridi
nei quali uno dei gruppi esterei degli acidi grassi egrave sostituito da un gruppo fosfato cioegrave a
dire unestere con lacido fosforico Poicheacute lacido fosforico egrave tribasico esso puograve a turno
essere ulteriormente combinato con vari composti Quando viene cosigrave esterificato un con
la base forte azotata colina il composto risultante egrave uno dei composti del gruppo
chiamato lecitine le forme idratate e disidratate delle lecitine (con un gruppo fosfato
in una posizione primaria del trigliceride ) sono scritte di solito cosigrave
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
38
Composti come questi sono solo costituenti molto minori della maggior parte degli oli
vegetali e sono in gran parte rimossi durante procedure di lavaggio o di altre lavorazioni
Una quantitagrave sostanziale nel rosso dell uovo significa comunque che questo ha una
quantitagrave di fosforo significativa circa 05 in peso equivalente a circa 09 dellintero
uovo disidratato A causa di ciograve test per il fosforo elementare sono stati alla base per la
determinazione dell uovo nei leganti pittorici da alcuni ricercatori in passato ma questo
metodo non egrave molto affidabile a causa anche delle possibili altre sorgenti dellelemento
(da pigmenti) La composizione di acido grasso nel rosso delluovo (dalla combinazione
con i trigliceridi e fosfati) egrave inclusa nella tabella 32
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
39
Prodotti contenenti o derivati dagli acidi grassi e acidi grassi
Vernici
Fino allavvento dei materiali sintetici negli anni 40 e negli anni 50 le vernice ad olio
erano il materiale standard per la copertura interna ed esterna di manufatti in legno ed
anche di oggetti fatti di altri materiali compresi i metalli Esse furono anche usate come
vernici per i dipinti fino allo sviluppo della distillazione e la preparazione di olio di
trementina (811) permise lintroduzione di vernici a spirito contenenti una piccola
quantitagrave o completamente prive di olio
Sopravvivono pochissime evidenze per luso di vernici ad olio nei dipinti antichi poicheacute
la maggior parte con il passare del tempo egrave stata sostituita durante le pulitura per la
conservazione In ogni caso una piccola zona di vernice trovata su un dipinto italiano
del XIV secolo ha mostrato come tale vernice fosse composta da olio bollito e resina di
Sandracca e molto probabilmente era quella applicata originariamente Lindicatore
trovato qui di pre-polimerizzazione mediante riscaldamento egrave stato una percentuale
relativa di acidi suberico e azelaico (per esempio degli acidi dicarbossilici da C8 a C9 )
negli oli essiccati
Acido suberico acido azelaico
Proporzioni molto maggiori del primo sono stati trovati per gli oli trattati piuttosto che
per quelli non trattati
Ricette antiche per le vernici ad olio sono qualche volta cosigrave complesse da essere
impraticabili e improbabili In ogni caso comunque le ricette generalmente prevedevano
una combinazione di resina dura (con cui si intendeva un copale africano o Kauri o un
materiale simile) con olio caldo bollito e disidratato Il tutto era quindi diluito con olio
di trementina Le seguenti due ricette dal ldquoManuale per il pittore dei colori degli oli e
delle vernicirdquo di Hurst esemplificheragrave ultima procedura descritta Le quantitagrave devono
essere convertite in percentuali di peso dalle misure originali in pound e galloni ed
occorre ignorare le possibili perdite in peso per flusso delle resine e per bollitura
dellolio Come puograve essere visto esse contengono unalta percentuale di olio rispetto alla
resina
Vernice elastica per carrozze
Resina (Animeacute o copale) 10
Olio di lino 29
Solfato di zinco 015
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
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opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
40
Litargiro (monossido di piombo) 03
Acetato di piombo 015
Olio di trementina 60
Vernice chiara di quercia
Resina 9
Olio 35
Solfato ferroso 03
Acetato di piombo 03
Litargiro 03
Oli di trementina 55
La procedura di fabbricazione della vernice era in primo luogo di fondere o far fluire la
resina per riscaldamento a circa 330 degC e mantenerla a questa temperatura per mezzora
circa Nel frattempo lolio veniva separatamente riscaldato a circa 260 gradi centigradi e
quindi aggiunto alla resina fusa con una agitazione vigorosa Gli essiccanti venivano
quindi aggiunti alla vernice bollita per diverse ore fino a che diventava fibrosa cioegrave
quando una piccola quantitagrave messa tra due dita si allunga a filamento quando le due dita
vengono allontanate tra di loro Dopo aver permesso il suo raffreddamento in qualche
modo la miscela veniva diluita con trementina
Lespressione bollire si riferisce ad una ebollizione lieve e apparente che in realtagrave
consisteva nella fuoriuscita di prodotti di decomposizione volatili dallolio e dalla resina
prodotti sia per processi di ossidazione che di pirolisi Dopo la sua preparazione la
vernice veniva fatta riposare o invecchiare per il tempo necessario affincheacute una certa
parte di materiale insolubile poteva depositarsi sul fondo Questi materiali
probabilmente includevano alcuni siccativi addizionati che non venivano sempre
disciolti completamente Le vernici sopradescritte si dice che fossero molto veloci ad
essiccare alcune si diceva che seccavano in cinque ore in estate
Sebbene luso di resine dure egrave stato sempre affermato da autori del XIX secolo e dei
primi anni del XX secolo come Hurst che sostenevano fossero necessarie per la
realizzazione di vernici migliori e piugrave durature essi stessi concedevano che la resina di
pino molto piugrave economica (colofonia o pece greca) sarebbe potuta essere stata usata con
un certo successo per vernici cotte per uso interno Si puograve perograve sospettare che in pratica
non si resisteva alla tentazione di sostituirla almeno in parte nelle ricette antiche
infatti come in una traduzione di Teofilo la resina di pino era un ingrediente
comunemente usato
La diffusione con cui le vernici ad olio furono utilizzate come legante nelle pitture egrave
ancora materia di dubbio poicheacute la determinazione analitica e la stima delle resine in
particolar modo quelle denominate dure o resine polimerizzate in una vernice olio
resina essiccata egrave un compito difficile come verragrave discusso successivamente nella
sezione 836 e 1215
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Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
41
Comunque sono stati trovati una certa quantitagrave di tracce di resina di pino allinterno di un
legante pittorico e quando queste sono combinate con lindicazioni che lolio
componente egrave stato pre-polimerizzato mediante riscaldamento (come discusso prima)
allora egrave ragionevole sospettare un legante olio-vernice
Inchiostri di stampe
Il legante per linchiostro per stampe egrave stato tradizionalmente la vernice litografica che egrave
in realtagrave solo un altro nome per indicare olio bollito Lolio di lino egrave stato praticamente
lunico ad essere usato fino a questo secolo La preparazione spesso comportava la reale
infiammazione dellolio che veniva lasciato bruciare per un po di tempo Naturalmente
questo dava un prodotto molto scuro ma questo non aveva conseguenza percheacute il nero
carbone in qualche forma (generalmente nero fumo di lampada) veniva in ogni caso
addizionando come pigmento Generalmente veniva anche incorporata qualche resina
probabilmente resina di pino
Nel XIX secolo varie peci e catrami cominciarono anche ad essere addizionati agli
inchiostri per applicazioni piugrave economiche come anche prodotti del petrolio come
diluenti Attualmente ai giorni nostri gli inchiostri per stampa che includono inchiostri
colorati generalmente possiedono componenti dallintera gamma di resine sintetiche e
semi sintetiche ed altri materiali che sono ora disponibili
Inchiostri utilizzati per i giornali su carta molto assorbente spesso non seccano nel senso
di polimerizzare ma sono semplicemente assorbiti nelle fibre del tessuto di carta e
perdono il solvente per evaporazione
Linoleum ed altri rivestimenti in olio
Il materiale di copertura dei pavimenti egrave chiamato Linoleum e come dice il nome egrave un
prodotto dellolio di lino La prima industria di Linoleum fu costruita Inghilterra nel
1864 ed il materiale divenne la copertura flessibile per pavimenti dominante fino a che i
prodotti vinilici non lo sostituirono negli anni lsquo50 e lsquo60 Essenzialmente esso consiste in
tre componenti il legante organico la carica inorganica (pigmenti e preparazione
calcarea) e una carica organica (preparazione di sughero e di farina di legno) Il legante
era fatto da olio bollito seccato lavorato in un certo modo e quindi fatto fluire con circa
un quarto di tonnellata del suo peso di resina generalmente colofonia ma qualche volta
resine piugrave costose come la kauri
I rivestimenti in olio sono di due tipi In uno il tessuto viene impegnato con olio
siccativo non pigmentato che viene quindi lasciato seccare Tali materiali sono stati
largamente utilizzati fino a tempi abbastanza recenti per fare cappelli impermeabili
ombrelli (specialmente in Giappone) e simili Nel secondo tipo di rivestimenti ad olio un
lato del tessuto egrave coperto con rivestimento continuo di olio pigmentato essenzialmente
pittura per dare una superficie lavabile e tali materiali sono stati usati come coperture
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
42
per tavoli scaffali eccetera i rivestimenti dipinti per pavimenti del XVIII e XIX secolo
in Inghilterra e America (i precursori del Linoleum) consistevano in diversi strati di
spessa pittura a olio su forti sostegni di tela (spesso tele per vela) ed erano sia lisce che
modellabili
Stucco da vetrario e plasilina
I saponi
I saponi sono sali di acidi grassi a lunga catena Il materiale generalmente conosciuto
come sapore egrave in particolar modo il sale di sodio o potassio nelle proporzioni in cui essi
sono presenti nel grasso da cui il sapone proviene Trattamenti di grassi con alcali
acquosi danno saponi solubili e glicerolo
I saponi o almeno le soluzioni di saponi apparentemente erano conosciute sin
dallantichitagrave poicheacute il processo di saponificazione poteva essere eseguito sebbene
molto lentamente con carbonato di potassio lisciviato dalle ceneri della lana
Le lavandaie usavano le ceneri di legni dolci le mescolavano con acqua e le filtravano con tele o sacchi dopo aver fatto decantare le impurezze Poicheacute le ceneri sono ricche di carbonati silicati solfati (oltre che di cloruri e fosfati) di metalli alcalini ed alcalino-terrosi le lavandaie eseguendo questa ldquolisciviazionerdquo non facevano altro che estrarre dalle ceneri i sali alcalini solubili Lrsquoazione detergente delle acque da loro utilizzate era dunque dovuta alla loro ldquoalcalinitagraverdquo e alla presenza di sostanze che si comportavano (anche se in modo piugrave blando) come gli additivi che si aggiungono oggi ai moderni detersivi (ad es agenti antiridepositanti dello sporco) Lrsquo origine del sapone vero e proprio non si conosce con precisione anche se la tecnologia per fabbricarlo era nota fin dallrsquoantichitagrave Le liscivie alcaline ottenute da cenere di legno venivano infatti utilizzate per la saponificazione di sego o di scarti di grassi animali o di oli vegetali Giagrave nel 600 aC i Fenici riuscivano ad ottenere un materiale cagliato bollendo grasso di capra con estratti di legno di frassino Gli Egizi invece mescolavano un alcali con un olio ottenendo una specie di sapone I Romani infine usavano liscivie potassiche per ottenere sapone da grassi animali (quali ad esempio il grasso di capra) Questi precursori dei saponi erano in realtagrave degli impiastri
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
43
usati soprattutto come cosmetici Lrsquouso del sapone a scopo detersivo infatti cominciograve a diffondersi soltanto nel diciottesimo secolo Crsquoegrave da notare comunque alla base della loro produzione crsquoera la stessa
La fabbricazione del sapone raggiunse un elevato grado di sviluppo nel XVIII secolo
ma non fu prima del primo XIX secolo che il suo uso divenne comune con la produzione
di soda caustica a buon mercato con il processo di LeBlanc
Chemistry
The Leblanc process was a batch process in which sodium chloride was subjected to a series of
treatments eventually producing sodium carbonate In the first step the sodium chloride was
heated with sulfuric acid to produce sodium sulfate (called the salt cake) and hydrochloric acid
gas according to the chemical equation 2 NaCl + H2SO4 rarr Na2SO4 + 2 HCl
This chemical reaction had been discovered in 1772 by the Swedish chemist Carl Wilhelm
Scheele Leblancs contribution was the second step in which the salt cake was mixed with
crushed limestone (calcium carbonate) and coal and fired In the ensuing chemical reaction the
coal (carbon) was oxidized to carbon dioxide reducing the sulfate to sulfide and leaving behind a
solid mixture of sodium carbonate and calcium sulfide called black ash Na2SO4 + CaCO3 + 2 C rarr Na2CO3 + CaS + 2 CO2
Because sodium carbonate is soluble in water but neither calcium carbonate nor calcium sulfide
is the soda ash was then separated from the black ash by washing it with water The wash water
was then evaporated to yield solid sodium carbonate This extraction process was termed
lixiviation
Process detail
The sodium chloride is initially mixed with sulfuric acid solution and the mixture exposed to low
heat Much of the hydrogen chloride gas (and virtually all of the economically recoverable HCl
gas) escapes at this point This continues until all that is left is a fused mass This mass still
contains enough chloride to contaminate the later stages of the process The mass is then
exposed to direct flame which evaporates nearly all of the remaining chloride[4]
The coal used in the next step must be low in nitrogen to avoid the formation of cyanide The
calcium carbonate in the form of limestone or chalk should be low in magnesia and silica The
weight ratio of the charge is 221 of salt cake calcium carbonate and carbon respectively It is
fired in a reverberatory furnace at about 1000degC[5]
The black-ash product of firing must be lixiviated right away to prevent oxidation of sulfides back
to sulfate[5] In the lixiviation process the black-ash is completely covered in water again to
prevent oxidation To optimize the leaching of soluble material the lixiviation is done in cascaded
stages That is pure water is used on the black-ash that has been already been through prior
stages The liquor from that stage is used to leach an earlier stage of the black-ash and so on [5]
The final liquor is treated by blowing carbon dioxide through it This precipitates dissolved
calcium and other impurities It also volatilizes the sulfide which is carried off as H2S gas Any
residual sulfide can be subsequently precipitated by adding zinc hydroxide The liquor is
separated from the precipitate and evaporated using waste heat from the reverberatory furnace
The resulting ash is then redissolved into concentrated solution in hot water Solids that fail to
dissolve are separated The solution is then cooled to recrystallize nearly pure sodium carbonate
decahydrate[5]
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
44
Molti saponi metallici come quelli di calcio e di magnesio sono insolubili in acqua e
cosigrave precipitano quando il sapone viene usato in acqua dura che contiene sali disciolti di
questi metalli con conseguente perdita della loro proprietagrave di detergenti Leffetto
detergente del sapone in comune con quello di altri detergenti ha molti aspetti ma egrave
dovuto in pratica al fatto che la molecola egrave sia idrofobica che idrofilica
Come tutti sali i saponi di sodio e di potassio sono ionizzati in soluzione acquosa Di
conseguenza ad ogni interfaccia tra acqua e materiale non popolare immiscibile le
molecole si orientano esse stesse con lo ione carbossilato nella fase acquosa e la lunga
catena idrocarburica degli acidi grassi dentro o verso il materiale non polare Questo
forma un legame tra le due fasi che risulta in una facile emulsione o sospensione di uno
nellaltro
Acidi grassi liberi stearina
Gli acidi grassi liberi sono stati prodotti in commercio giagrave nei primi anni del XIX secolo
percheacute hanno diversi utilizzi Essi sono formati quando i saponi vengono acidificati ma
un processo piugrave economico egrave la diretta idrolisi dei grassi con acqua Questo puograve avvenire
a pressione atmosferica in presenza di acido e certi altri catalizzatori (processo di
Twitchell) o con differenti catalizzatori ad elevate temperature (260 degC) che puograve
avvenire sotto pressione Il prodotto egrave naturalmente una miscela di acidi nelle
proporzioni in cui essi sono presenti nel grasso Come citato prima gli acidi insaturi C18
tendono ad essere liquidi a temperatura ambiente e per ottenere gli acidi solidi saturi
mischiati (C16 e C18) conosciuti come stearina o cera liquida stearinica
prevalentemente insaturi gli acidi sono sparati fuori i sotto pressione
La cera stearinica in un certo senso egrave ancora un importante ingrediente di certi tipi di
candele particolarmente quelle usate nelle chiese Essa quindi puograve esser considerata
come ingrediente delle sculture a cera o dei modelli in cera sia percheacute addizionata
volutamente o percheacute le candele venivano usate come sorgenti della cera
Essenzialmente identica alla cera stearinica sebbene in proporzioni differenti di
componenti sono la adipocere e il burro delle paludi discussi prima
Analisi degli oli e dei grassi
Sufficienti esempi sono giagrave stati dati in questo capitolo per rendere evidente che il
rilevamento e lidentificazione dei materiali grassi fa molto affidamento sullrsquoanalisi
qualitativa e quantitativa dei componenti degli acidi grassi e che lunica strada
praticabile nel fare ciograve egrave mediante gascromatografia Lapplicazione di questa a leganti
pittorici risale a 30 anni fa e piugrave recentemente egrave stata ampiamente discussa e adottata
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
45
Essa viene considerata nel suo aspetto pratico in dettaglio nel capitolo 12 GLC egrave stata
anche unapplicazione per lo studio dei componenti estraibili con solventi delle pellicole
pittoriche ad olio che consistono di trigliceridi non polimerizzati acidi grassi liberi e
prodotti di ossidazione a basso peso molecolare Fioriture deturpanti analoghe a quelle
incontrate sugli oggetti discussi prima qualche volta si manifestano su dipinti in
particolar modo in quelli del XX secolo e spesso si egrave trovato che consistono in acidi
grassi liberi I lavori degli artisti che hanno mischiato elaborate miscele di leganti
invece di usare direttamente pitture a olio sono particolarmente soggette a questi difetti
Lessudato bianco semi cristallino di alcuni dipinti di Mark Rotko egrave stato trovato
mediante GLC che consisteva in acido palmitico acido stearico e un plastificante bis
(2-etilesil)adipato
Apparentemente lartista usa unemulsione ad hoc composta di pittura ad olio uova
vernice dammar Gli acidi grassi chiaramente sono derivati dallidrolisi dei trigliceridi
saturi dei grassi delluovo il plastificante dal copolimero acrilico che egrave stato anche
utilizzato come legante nellimpiego
Un simile fenomeno fu notato con un numero di dipinti di Serge Poliakoff il legante qui
erano acidi grassi liberi in gran quantitagrave e in parte saponi di acidi grassi
Una chiara spiegazione in termini di composizione originale del legante non era
disponibile in questo caso Risultati non pubblicati su un simile caso mostrarono che
questo artista aveva usato unemulsione di uovo e olio come legante e questo egrave stato
supportato da aneddoti che riguardavano il suo modo di dipingere Queste analisi tutte
hanno comportato la GLC di derivati di acidi grassi che seguivano la saponificazione del
materiale grasso Potrebbe anche essere che in futuro saragrave data piugrave attenzione allanalisi
dei grassi non saponificabili poicheacute adesso egrave possibile separare acidi grassi mono e di-
gliceridi come anche trigliceridi non carichi tutti insieme in una sola corsa ad una
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante
46
opportuna temperatura elevata Residui grassi archeologici sono stati cosigrave analizzati
gruppi acidi carbossilici ed idroperossidici del campione dopo essere stati prima
trasformati in esteri trimetilsilici (TMS) ed esteri derivati per trattamento con NO-
bis(trimetilsilil)trifluoroacetammideammide Usando colonne capillare al quarzo come
un rivestimento di fase fissa di dimetilepolisilossano (BP-1) programmata fino a 350 degC
tutti questi gruppi di composti sono stati ben separati i trigliceridi sono apparsi alla fine
di un periodo a temperatura costante