Раскрыта загадка потемнения краски на старых картинах

Группе ученых из Бельгии, Италии и Франции удалось определить причину потемнения старых картин. Исследователи установили, что красная краска на основе сульфида ртути, киновари, со временем выделяет металлическую ртуть, мельчайшие капли которой и ответственны за почернение. Подробности приведены в статье для журнала Physical Review Letters, кратко о которой рассказывается в издании Американского физического общества, Physics.

Киноварь является одной из аллотропных модификаций сульфида ртути, альфа-модификацией HgS. Бета-модификация отличается черным цветом, и долгое время ученые считали, что потемнение картин связано с переходом от α-HgS к β-HgS: однако затем эту гипотезу пришлось признать несостоятельной. Изучение различными методами картин и фресок XIV столетия показало наличие в краске микроскопических капель ртути, однако с уверенностью говорить о том, что все остальные (а не только изученные) картины темнеют по той же причине, было нельзя. Жидкая ртуть по определению лишена кристаллической решетки, и ее нельзя найти методами рентгеновского анализа, которые основаны на дифракционном рассеянии излучения на периодической структуре.

В новом исследовании физики смоделировали процесс взаимодействия сульфида ртути со светом и ионами хлора (которые могут взяться даже из обыкновенной соли NaCl). Хлор сначала переводит киноварь α-HgS в кордероит, Hg₃S₂Cl₂, после чего в кордероите образуются дефекты кристаллической решетки за счет взаимодействия хлора с кислородом. Затем под действием света в дефектах кристаллической решетки выделяются ионы ртути Hg⁺, а уже они ответственны за формирование капель ртути. Данные моделирования ученые подтвердили спектральным анализом, который выявил наличие кордероита.

Подробный анализ фотохимического процесса позволил исследователям выработать ряд предложений по борьбе с потемнением киновари. Так как ключевую роль в процессе играют ионы хлора и свет, картины следует оградить от обоих этих факторов. Ионы Cl^- появляются при растворении соли NaCl, входящей в состав красок в качестве примеси, поэтому для красного пигмента оказывается губительна повышенная влажность. Фотохимическая реакция, как показывают расчеты, требует квантов света с определенной энергией, и освещение светом с большей длиной (энергия кванта обратно пропорциональна длине волны) должно предотвратить деградацию пигмента.

Специалисты по живописи не впервые привлекают физиков и химиков. Ранее при помощи синхротронного излучения и теоретических расчетов удалось найти причины потемнения желтого пигмента на основе хрома.