文物和化学

文物腐蚀破坏的过程不仅仅是化学过程,除了人为因素的破坏,还可能存在细菌侵蚀、虫蛀等生物作用,或者变形、开裂等机械因素。

然而,文物与化学物质的相互作用是文物腐蚀和损坏的重要因素。

关于文物腐蚀过程的化学,一个最熟悉的例子可能是铁的腐蚀,它至少涉及一个众所周知的电池反应:

正极:O2+H2O+2e?2OH-

负极:Fe-2e?Fe2+离子

另一个容易理解的例子是,一些墓葬壁画上往往覆盖着一层白色的薄膜。发现这种破坏是由于溶有二氧化碳的水能把碳酸钙慢慢溶解成碳酸氢钙,被蒸发干燥,然后沉淀凝结在壁画表面造成的。

对于纸质文物来说,酸性环境显然是有害的,因为当纸张呈中性或碱性时,其耐久性、耐折性、防霉性、化学稳定性等机械性能较好,但空气中的氮氧化物、二氧化硫都是酸性气体,容易增加纸质文物的酸性,对文物造成损害。

化学与文物保护

化学、化工、材料保护方面的科技成果在文物保护中可以借鉴和应用。比如苯并三氮唑(BTA)是一种优良的铜及铜合金缓蚀剂,在青铜器的保护上也有借鉴,也取得了很好的效果。一般漆木器文物都是满水的,容易收缩、变形、弯曲、起皮、开裂,必须脱水定形。明矾[kal (SO4) 2.12h2o]法是漆木文物脱水定型的常用方法之一。这种方法主要是利用了明矾在不同温度下水溶性的巨大差异。首先,将装满水的漆木文物在浓明矾溶液中煮沸几个小时。这个过程使明矾渗透到文物中,然后趁热取出。当它冷却时,明矾的溶解度降低,并在木材中凝结,排出多余的水。这样既排除了漆木文物中多余的水分,又加固了文物。

壁画颜料中的铅白[Pb2(OH)2CO3]在空气中硫化氢气体的作用下变成黑色的硫化铅,影响画面的颜色。当用过氧化氢处理时,黑色的硫化铅可以被氧化成白色的硫酸铅。

化学在文物考古方面有着广泛的应用,以上只是对某些方面的简单介绍。但是从中我们应该认识到,化学和其他自然科学是和考古学一起发展的,就像化学和其他自然科学和其他社会科学一起发展一样。

考古发掘离不开化学。

现代化学技术应用于分析和鉴定古物。

①鉴别文物的真伪。文物已经不能生产了。许多历史遗产文物具有很高的艺术、科学或经济价值,世界上经常发生伪造文物的案件。以前判断文物真伪主要靠观察。现代分析技术的应用为鉴定文物真伪提供了可靠的依据。比如20世纪40年代,欧洲古董市场出现了一批战国时期的“陶俑”,价格非常昂贵,真假难辨。后来在英国牛津实验室用热释光鉴定,结果是纯赝品。

(2)研究文物的制造技术。中国的很多工艺在世界上都是数一数二的,但是已经失传了。为了继承和发展这些工艺,需要现代化学分析技术来研究制造过程。秦简的不锈钢之谜就是一个极好的例子。秦俑坑出土的秦简,埋在地下2000多年了,依然锋利如新。经过分析研究,其表面镀有一层含2%铬的氧化膜,因此可以防锈,保护正面。这项技术直到20世纪30年代才首次在西方获得专利。陕西法门寺的金框,金线最细,0.016mm。

③探索文物的来源和产地。通过测量文物的成分和含量,可以找出它们的来源和产地。陕西法门寺收藏的玻璃制品是中国古代自己制作的,还是中西文化交流传入中国的?据研究,我国唐宋以前的玻璃铅含量较高,主要是铅玻璃,而古代西方玻璃主要是钠钙玻璃,基本不含铅。通过分析可知,这些玻璃制品是西方国家对唐朝的贡品,见证了中西文化的交流。通过丝绸之路,中国精美的丝绸制品传入西方,同时玻璃制品也从西方大量传入中国。可见,唐朝实行开放政策,促进了唐朝的繁荣。

文物保护

各类文物经去泥、清洗、除锈、保护后由博物馆入库。其原理是针对各种材质的文物腐蚀机理,在不影响文物原貌的前提下,最大限度地减少腐蚀过程。其缺点是不能从根本上防止文物继续腐蚀,保护层需要定期涂刷。本文讨论一般文物保护中的化学问题。

1.金属文物

金、银、铜容器采用不同的保护方法,腐蚀程度不同。一般只用2%NaOH或1%HNO3清洗金器表面的钙质和沉积物,而用酒石酸钾溶液溶解金器内层的浮锈,严重的浮锈必须在显微镜下人工清除。银器锈斑有AgCl,Ag2O,Ag2S。对于有严重黑膜的,用软布蘸CaCO3水浆。