Scienze e Tecnologie per la Conservazione dei Beni Culturali - Science and Technology for the Conservation of Cultural Heritage

MARIA ASSUNTA NAVARRA

Obiettivo generale
L’obiettivo di questo corso è trasmettere a studentesse e studenti la conoscenza e la comprensione dei fondamenti dell’elettrochimica e dei processi elettrochimici d’interesse nei beni culturali, con particolare riguardo alla corrosione ed elettrodeposizione di metalli e loro leghe. Il corso è inoltre volto a fornire gli strumenti per applicare, in autonomia, metodi di indagine chimico-fisica ed elettrochimica per lo studio dello stato di conservazione dei manufatti metallici e il riconoscimento di pigmenti ed altre specie elettroattive nei beni culturali.

Obiettivi specifici
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere i principali materiali costitutivi delle opere d’arte
OF 2) Comprendere i principi fondamentali dell’elettrochimica
OF 3) Comprendere i fenomeni di corrosione elettrochimica
OF 4) Comprendere i processi di elettrodeposizione
OF 5) Conoscere i principali metodi d’indagine elettrochimica
OF 6) Conoscere i principi della spettroscopia laser applicata allo studio dei materiali


B – Capacità applicative
OF 7) Saper progettare un protocollo di analisi per lo studio delle proprietà dei materiali
OF 8) Saper dedurre dalle proprietà chimiche dei materiali la loro suscettibilità alla corrosione
OF 9) Essere in grado di implementare metodi di prevenzione dalla corrosione elettrochimica


C - Autonomia di giudizio
OF 10) Essere in grado di individuare le tecniche di indagine chimico-fisica più adeguate allo studio dei materiali in base alla loro natura
OF 11)Essere in grado di valutare lo stato di conservazione dei materiali metallici attraverso metodi elettrochimici


D – Abilità nella comunicazione
OF 12) Saper comunicare la causa e gli effetti dei processi di corrosione dei materiali
OF 13) Saper comunicare le proprietà dei materiali e i principi dei metodi d’indagine


E - Capacità di apprendere
OF 14) Avere la capacità di consultare la letteratura su materiali e metodi d’indagine
OF 15) Avere la capacità di valutare schede tecniche e prospetti informativi di nuovi materiali

A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere i principali materiali costitutivi delle opere d’arte
OF 2) Comprendere i principi fondamentali dell’elettrochimica
OF 3) Comprendere i fenomeni di corrosione elettrochimica
OF 4) Comprendere i processi di elettrodeposizione
OF 5) Conoscere i principali metodi d’indagine elettrochimica
OF 6) Conoscere i principi della spettroscopia laser applicata allo studio dei materiali

B – Capacità applicative
OF 7) Saper progettare un protocollo di analisi per lo studio delle proprietà dei materiali
OF 8) Saper dedurre dalle proprietà chimiche dei materiali la loro suscettibilità alla corrosione
OF 9) Essere in grado di implementare metodi di prevenzione dalla corrosione elettrochimica

C - Autonomia di giudizio
OF 10) Essere in grado di individuare le tecniche di indagine chimico-fisica più adeguate allo studio dei materiali in base alla loro natura
OF 11) Essere in grado di valutare lo stato di conservazione dei materiali metallici attraverso metodi elettrochimici

D – Abilità nella comunicazione
OF 12) Saper comunicare la causa e gli effetti dei processi di corrosione dei materiali
OF 13) Saper comunicare le proprietà dei materiali e i principi dei metodi d’indagine

E - Capacità di apprendere
OF 14) Avere la capacità di consultare la letteratura su materiali e metodi d’indagine
OF 15) Avere la capacità di valutare schede tecniche e prospetti informativi di nuovi materiali

a) Buona padronanza della Lingua Italiana
b) Conoscenza dei fondamenti di chimica generale: atomo, molecola, legame chimico, i principi e le grandezze della termodinamica.
c) Conoscere le forze interatomiche responsabili della coesione della materia e le caratteristiche dei principali legami chimici.

Il Programma è articolato nei seguenti moduli:

1) Fondamenti di elettrochimica

2) Processi elettrochimici d’interesse nei Beni Culturali

3) Metodi elettrochimici per lo studio dei Beni Culturali

4) Metodi chimico-fisici per lo studio dei Beni Culturali

-> Esercitazioni guidate di laboratorio

Contenuto dei singoli moduli:

1) Fondamenti di elettrochimica
La cella elettrochimica e suoi costituenti (elettrodi ed elettroliti); la teoria della conducibilità ionica; semielementi galvanici; termodinamica delle celle elettrochimiche, calcolo del potenziale di cella; cinetica elettrochimica: sovratensioni ohmiche e polarizzazioni elettrodiche di concentrazione, di trasferimento di carica e di cristallizzazione.

2) Processi elettrochimici d’interesse nei Beni Culturali
Corrosione: principi termodinamici della corrosione, costruzione e valutazione dei diagrammi di Pourbaix dei metalli più noti per la definizione dei loro parametri di stabilità; descrizione del meccanismo e della cinetica della corrosione elettrochimica, diagrammi di Evans; tecniche di protezione dalla corrosione.
Elettrodeposizione: parametri fondamentali e grandezze misurabili; procedure per la ricopertura elettrochimica di manufatti metallici.

3) Metodi elettrochimici per lo studio dei Beni Culturali
Spettroscopia d’impedenza elettrochimica per la valutazione dei fenomeni di corrosione dei materiali metallici: teoria e applicazioni.
Voltammetria ciclica per il riconoscimento di specie redox d’interesse nei beni culturali: teoria e applicazione (pigmenti).

4) Metodi chimico-fisici per lo studio dei Beni Culturali
Tecniche di spettroscopia laser (seminario) per lo studio dei materiali costituenti opere d’arte e beni architettonici: teoria e applicazioni.

-> Esercitazioni guidate di laboratorio
i) studio dei fenomeni di superficie in campioni metallici tramite voltammetria ciclica e/o spettroscopia d’impedenza elettrochimica;
ii) studio delle proprietà dei materiali costituenti un manufatto tramite spettroscopia laser (da concordare).

W.F. Smith, J. Hashemi
Scienza e tecnologia dei materiali (IV edizione). McGraw-Hill

C.H. Hamann, A. Hamnett, W. Vielstich
Electrochemistry. Ed. Wiley-VCH

M.A. Navarra
Elettrochimica: principi e metodi (dispense del docente).

Materiale didattico predisposto dal docente.

- Emilio Cano, Diana Lafuente, David M. Bastidas. J Solid State Electrochem 14 (2010) 381–391: Use of EIS for the evaluation of the protective properties of coatings for metallic cultural heritage: a review.
- Ligia Maria Moretto, Francesca Montagner, Renzo Ganzerla, Paolo Ugo. Anal Bioanal Chem 405 (2013) 3603–3610: Nafion® as advanced immobilisation substrate for the voltammetric analysis of electroactive microparticles: the case of some artistic colouring agents.
- Valeria Spizzichino, et al. Lasers in the Conservation of Artworks XI, Proceedings of LACONA XI, P. Targowski et al. (Eds.), NCU Press, Toruń 2017, DOI: 10.12775/3875-4.18: Laser-based techniques for a multidisciplinary action aimed at the restitutive restoration of S. Costanzo church in Ronciglione (Italy).
- Valeria Spizzichino, Roberta Fantoni. Spectrochimica Acta Part B 99 (2014) 201–209: Laser Induced Breakdown Spectroscopy in archeometry: A review of its application and future perspectives.

I quattro moduli di lezioni frontali (5 CFU = 40 ore) verranno svolti in aula attraverso la lavagna, proiettando slide e avvalendosi degli ausili informatici a disposizione. Il materiale didattico utilizzato in aula verrà fornito agli studenti unitamente alle dispense predisposte dal docente (attraverso piattaforma Moodle E-learning). Al termine di ogni modulo verrà svolta una lezione di ripasso e un test di autovalutazione che gli studenti eseguiranno anonimamente in Google Form. Le esercitazioni di laboratorio (1 CFU = 12 ore) verranno svolte nei laboratori di responsabilità del docente, attraverso la strumentazione che il docente mette a disposizione; al termine di ogni esperienza, il docente condividerà i dati registrati per l’elaborazione di una relazione scritta da parte degli studenti affinché valutino in maniera critica le proprietà dei materiali. Eventuale svolgimento a distanza verrà erogato in accordo alle raccomandazioni/linee guida dell’Ateneo.

La frequenza in aula è caldamente consigliata, essendo abitudine del docente interagire con gli studenti durante le spiegazioni per stimolare l’apprendimento immediato. I testi consigliati e il materiale predisposto dal docente sono comunque esaustivi di tutti i contenuti del corso. Le esercitazioni in laboratorio vengono concordate con gli studenti e, in caso di assenza, non potrà esserne garantita la ripetizione.

La prova orale verrà svolta dopo il termine del corso, nelle sessioni d'esame previste. Per superare l'esame occorre conseguire un voto non inferiore a 18/30. Lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente dei fenomeni di natura elettrochimica che possono intervenire a carico dei materiali costitutivi le opere d’arte e dei metodi di analisi utili alla loro diagnostica.
Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente.

Ricavare il potenziale di cella a circuito aperto (equazione di Nernst). Descrivere il diagramma di Pourbaix di un metallo (corrosione-termodinamica). Descrivere i diagrammi di Evans (corrosione-cinetica). Voltammogramma ciclico del Blu di Prussia e condizioni di reversibilità. Efficienza di elettrodeposizione, calcolo dell'equivalente redox dei metalli più noti. Spettro d'impedenza di un metallo sottoposto a corrosione.

• Modulo 1 Fondamenti
  di elettrochimica (10 ore)


• Modulo 2 Processi
  elettrochimici d’interesse nei Beni Culturali
  (13 ore)


• Modulo 3 Metodi
  elettrochimici per lo studio dei Beni Culturali
  (13 ore)


• Modulo 4 Metodi
  chimico-fisici per lo studio dei Beni Culturali
  (4 ore): 15-16.12.2026


• Esercitazioni guidate di laboratorio
  (12 ore): 1° lab @9.12.2026; 2° lab @23.12.2026