Carlo Quaglierini Luca Amorosi. Chimica e tecnologia dei materiali per l arte. Seconda edizione I materiali per pittura, grafica e stampa SCIENZE

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1 Carlo Quaglierini Luca Amorosi Chimica e tecnologia dei materiali per l arte Seconda edizione I materiali per pittura, grafica e stampa SCIENZE

2 Carlo Quaglierini Luca Amorosi Chimica e tecnologia dei materiali per l arte Seconda edizione I materiali per pittura, grafica e stampa SCIENZE

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4 Sommario III Capitolo 10 Il colore 10.1 Nozioni preliminari sulla luce Sintesi additiva e sottrattiva La tricromia e il triangolo del colore Modelli di rappresentazione del colore nella computer grafica 198 Lo spazio dei colori RGB 198 Gli spazi dei colori HSV e HSL 200 Il modello L*a*b* 201 Gli spazi di colore utilizzati negli standard video 201 Metodo del colore CMY I colori Pantone 201 Esercizi 203 Capitolo 11 Colore e tecniche artistiche 11.1 Colori per artisti Pitture lucide, satinate, opache Proprietà generali dei pigmenti Pigmenti inorganici 208 Pigmenti bianchi 208 Pigmenti neri 210 Pigmenti blu 210 Pigmenti violetti 212 Pigmenti verdi 212 Pigmenti gialli 213 Pigmenti rossi 214 Pigmenti bruni, terre naturali e ocre Pigmenti organici 216 I pigmenti azoici 216 Le ftalocianine 217 I pigmenti chinacridonici 217 Le lacche Medium e vernici per pittura Solventi Tecniche pittoriche 224 Colori a olio 224 Colori a tempera 227 Colori ad acquerello 229 Colori a pastelli 229 Colori acrilici 230 Colori per affresco 231 Colori per restauro 231 Tecnica di doratura e materiali necessari Colle e adesivi 233 Scheda 3 Il restauro dei dipinti 236 Esercizi 240 Capitolo 12 La carta e la stampa 12.1 La cellulosa 241 Generalità 241 Composizione chimica La carta 245 Tipi di carta 246 Carte per uso grafico 247 Formati Procedimenti di stampa 248 Calcografia 248 Litografia 249 Serigrafia 250 Scheda 4 Il restauro dei manufatti librari 251 Esercizi 252

5 187 Il colore capitolo Nozioni preliminari sulla luce 10.2 Sintesi additiva e sottrattiva 10.3 La tricromia e il triangolo del colore 10.4 Modelli di rappresentazione del colore nella computer grafica 10.5 I colori Pantone 10.1 Nozioni preliminari sulla luce Prima di parlare dei colori diamo alcune nozioni preliminari sulla luce e i fenomeni luminosi per chiarire il meccanismo con cui il colore si manifesta. Nel corso dei secoli, sono state elaborate diverse teorie sulla natura della luce. Secondo la teoria corpuscolare, la luce può essere considerata un insieme di particelle, dette fotoni o quanti di luce, che si muovono ad altissima velocità seguendo un percorso rettilineo. Con questa teoria è possibile spiegare i fenomeni della riflessione (figura 10.1a, a pagina seguente) e della rifrazione (figura 10.1b, a pagina seguente). La teoria ondulatoria, secondo la quale la luce si propaga per onde, spiega invece i fenomeni dell interferenza (figura 10.2a, 9.2b, a pagina seguente) e della diffrazione (figura 10.2c, a pagina seguente).

6 188 capitolo 10 Figura 10.1 a) Riflessione: il fotone, comportandosi come una sfera elastica, rimbalza sulla superficie dello specchio. b) Rifrazione: passando da un mezzo fisico a un altro, il fotone cambia velocità e quindi traiettoria. perpendicolare raggio incidente perpendicolare i r raggio rifratto a b Figura 10.2 Interferenza: le onde luminose emesse da due sorgenti distinte, si sommano se arrivano in P in concordanza di fase a), si elidono se arrivano in P in discordanza b). c) Diffrazione: la luce passando attraverso una fenditura sottile, non procede più in linea retta ma devia secondo certi angoli; in base al principio di Fresnel, ciascun punto del bordo della fenditura diventa esso stesso una sorgente di luce; in B abbiamo intensità minore che in A perché, per interferenza distruttiva, i due raggi si sono parzialmente annullati. a b c In realtà, per interpretare correttamente i fenomeni luminosi, è necessario tenere presenti entrambe le teorie (teoria dualistica). A differenza del suono, la luce non ha bisogno di un supporto materiale per propagarsi: si diffonde anche nel vuoto. Infatti, le onde luminose sono di natura elettromagnetica, dovute cioè all oscillazione contemporanea del campo elettrico e del campo magnetico in piani perpendicolari l uno rispetto all altro; esse inoltre seguono una traiettoria rettilinea con oscillazioni al di sopra e al di sotto della direzione di propagazione. Nella figura 10.3 è rappresentato schematicamente l andamento dell onda luminosa: sulle ascisse è riportato lo spazio percorso dalla luce; sulle ordinate è riportata l ampiezza della luce in funzione dello spazio. La distanza tra due massimi (picchi) o tra due minimi (ventri) dell onda viene chiamata lunghezza d onda, si indica con m (lambda) e si misura solitamente in metri, centimetri o angstrom (1 Å = 10-8 cm). Il numero delle onde che passano nell unità di tempo attraverso un punto prefissato si chiama frequenza, si indica con o (ni) e si misura in secondi alla meno uno o reciproci (s -1 ). λ Figura 10.3 Andamento di un onda luminosa.

7 Il colore 189 Il numero delle onde contenute in 1 cm si chiama numero d onda, si indica con o (ni soprassegnato) e si misura in centimetri alla meno uno o reciproci (cm -1 ). Queste tre grandezze e la velocità della luce sono legate da una relazione. La lunghezza d onda è infatti inversamente proporzionale alla frequenza e al numero d onda: c 1 m = m = o o dove c è la velocità della luce (nel vuoto questa vale km/s, e rappresenta la più alta velocità che si osserva in natura). Da queste relazioni si vede che a lunghezze d onda (m) grandi corrispondono frequenze (o) piccole e viceversa. Il grafico di figura 10.4 indica come è applicabile la teoria dualistica della luce: nel punto di massimo del grafico (1) si ha la massima ampiezza luminosa, cioè la massima luce, mentre nel punto (2) in cui il grafico interseca l asse delle ascisse, l ampiezza luminosa è nulla, cioè è nulla la luce. Applicando la teoria corpuscolare dobbiamo pensare che nel punto di massimo (1) abbiamo il massimo affollamento di fotoni e quindi la massima luce, mentre nel punto di intersezione (2) non ci sono fotoni e quindi non c è luce. Da ciò risulta che la luce non si propaga in maniera omogenea. Nella terminologia corpuscolare si può esprimere questo fatto dicendo che la propagazione avviene per gruppi di fotoni, mentre nella terminologia ondulatoria lo si può esprimere parlando di propagazione per treni d onda. La luce bianca, per esempio quella del Sole o di una lampada, non è costituita da un solo tipo di radiazione, cioè non ha un unica lunghezza d onda, ma è il risultato della miscela di diverse radiazioni luminose, ognuna con la propria caratteristica m. Le lunghezze d onda variano da un minimo di 0,01 Å fino a oltre 10 8 Å. Le radiazioni elettromagnetiche con m molto piccola (e quindi ν molto grande) sono chiamate raggi c. In ordine di lunghezza d onda crescente seguono i raggi X, l ultravioletto, la luce (cioè le radiazioni elettromagnetiche visibili), l infrarosso, le radioonde. La luce visibile è quindi limitata a un piccolo intervallo di lunghezze d onda, che nel loro insieme costituiscono lo spettro della luce. L occhio umano è sensibile alle radiazioni luminose con λ compresa tra 4000 e 7000 Å. L intervallo delle lunghezze d onda della luce visibile si può suddividere in sette parti, da 4000 a 7000 Å, corrispondenti ai sette colori dell iride: viola, indaco, blu, verde, giallo, arancio e rosso. Prima del viola si ha l ultravioletto, ricco di energia; dopo il rosso si ha l infrarosso, più povero di energia (figura 10.5, a pagina seguente). Figura 10.4 Interpretazione dualistica di un raggio luminoso.

8 190 capitolo 10 frequenza (hertz) finestre atmosferiche lunghezza d onda (m) fm fm ,01 nm nm ,1 μm 7, ,4 μm 4, ,7 μm μm μm 1 mm cm 10 cm m 10 m m 1 km 10 km onde radio microonde infrarossi visibile ultravioletti raggi X raggi gamma tipo di radiazione ROSSO 6700 Å ARANCIO 6400 Å GIALLO 6000 Å VERDE 5600 Å AZZURRO 5000 Å INDACO 4600 Å VIOLA 4300 Å Figura 10.5 In alto, lo spettro elettromagnetico della luce: le lunghezze d onda sono espresse in angstrom; in basso, regione visibile espansa per indicare i sette colori dell iride. Figura 10.6 Quando la luce solare passa attraverso un prisma si ottiene la separazione dei sette colori dell iride. Facendo passare la luce solare attraverso un prisma o un reticolo di diffrazione si può ottenere la separazione dei sette colori dell iride (figura 10.6). Tale fenomeno avviene in natura, ad esempio, per opera delle goccioline di pioggia che, dopo un temporale, rimangono in sospensione nell aria, producendo nel cielo tornato sereno l arcobaleno o iride. L osservazione diretta indica un altro importante fenomeno: la luce, per esempio quella solare, riscalda il punto che colpisce, come è dimostrato dal fatto che, se concentriamo i raggi solari con una lente, otteniamo tanto calore da bruciare un foglio di carta o un pezzetto di legno. Dunque la luce è energia: energia raggiante che si propaga sotto forma di onde elettromagnetiche. Nel 1900 il fisico tedesco Planck ( ) ideò la teoria dei quanti e avanzò l ipotesi che le radiazioni luminose si propaghino nello spazio alla velocità della luce, sotto forma di fotoni o quanti di luce con un energia direttamente proporzionale alla loro frequenza: E = energia del fotone E = ho in cui h = costante di Planck o = frequenza del fotone ma o = c perciò E = hc x m Questa legge fondamentale, confermata da Einstein nel 1905, dice che l energia di un raggio luminoso è tanto maggiore quanto maggiore è la sua frequenza e viceversa. Per esempio, l energia di un raggio ultravioletto o di un raggio visibile è maggiore di quella di un raggio infrarosso. Il colore di una sostanza dipende dal suo comportamento nei confronti della luce bianca: se la sostanza non la assorbe, allora tutte le radiazioni luminose vengono riflesse e la sostanza appare bianca; viceversa, se la assorbe completamente, allora nessuna radiazione viene riflessa e la sostanza appare nera. Se assorbe solo alcune radiazioni, la sostanza appare colorata mancando, infatti,

9 Il colore 191 dalla luce riflessa quelle radiazioni che sono state assorbite: il colore della sostanza è determinato dalla miscela delle radiazioni riflesse. Per esempio, se assorbe la radiazione rossa la sostanza appare colorata di blu-verde, poiché la miscela delle radiazioni riflesse dà appunto questo colore (tabella 10.1). Invece, nel caso in cui la sostanza non assorba le radiazioni luminose ma si lasci attraversare da esse, essa apparirà incolore: è il caso del vetro o delle vernici trasparenti. Se illuminiamo un corpo opaco qualsiasi con una radiazione monocromatica, cioè con una lunghezza d onda ben definita, per esempio con una luce gialla di una lampada al sodio (m = 5890 Å), l oggetto appare giallo, dello stesso colore che vediamo se la radiazione stessa si riceve direttamente negli occhi. Però se invece di un singolo oggetto proviamo a illuminare oggetti diversi o un oggetto composto come, per esempio, una margherita, notiamo che i petali appaiono più chiari, l insieme degli stami più scuro e le foglie quasi nere. Tabella 10.1 Colore della radiazione osservata e assorbita Colorazione osservata Colore della radiazione assorbita Lunghezza d onda Giallo Violetto 4300 Å Giallo-arancio Blu 4600 Å Rosso Blu-verde 5000 Å Rosso-porpora Verde 5600 Å Violetto Giallo-verde 5800 Å Blu Giallo 6000 Å Blu-verde Arancio 6400 Å Verde Rosso 6700 Å In questo caso si può misurare il rapporto tra l intensità della radiazione riflessa e quella della radiazione incidente ottenendo la riflettanza (o fattore di riflessione). Ripetendo l operazione con radiazioni monocromatiche con diversa m si può comporre il diagramma di riflettanza, ponendo quest ultima (t) in ordinata e la lunghezza d onda (m) in ascissa. Ripetendo l operazione con sostanze diverse ci accorgiamo che ogni sostanza ha un diagramma di riflettanza caratteristico (figura 10.7, a pagina seguente). Se il diagramma si presenta come una linea più o meno parallela all asse delle ascisse, significa che la sostanza riflette tutte le radiazioni e perciò, se viene illuminata con luce bianca (per esempio la luce del Sole), apparirà anch essa bianca. Se nel diagramma si nota invece un massimo, significa che la radiazione riflessa ha una lunghezza d onda diversa da quella incidente, con prevalenza, per esempio, delle lunghezze d onda intermedie. Però in ogni caso una parte della radiazione solare sarà riflessa senza variazioni di m, cosicché ai nostri occhi arriverà una radiazione composta dalla sovrapposizione di due radiazioni: una uguale a quella solare incidente, l altra costituita da radiazioni di lunghezza d onda intermedie, come per esempio il verde. Il vedere l oggetto verde più o meno chiaro dipende evidentemente dalla proporzione tra il bianco e il verde contenuti nel fascio di radiazione riflessa. Si parla così di colori saturi e non saturi. Un colore si definisce saturo quando è uguale al colore campione dello spettro solare, cioè quando la percentuale di bianco è zero; si dice poco sa-

10 192 capitolo 10 Figura 10.7 Diagramma di riflettanza fattore di riflettanza nm 460 nm 550 nm 640 nm 730 nm turo quando la percentuale di luce bianca riflessa è rilevante. Per esempio, un oggetto rosso magenta non riflette la luce policromatica ma solo quella a maggior lunghezza d onda e perciò ha un colore saturo; viceversa, un oggetto rosa ha un colore poco saturo perché riflette anche una parte di luce bianca. Infine, se il diagramma di riflettanza è parallelo all asse delle ascisse, però ha un valore del fattore di riflessione lontano dal 100%, per esempio del 15-20%, il corpo non appare bianco ma grigio; se il fattore di riflettanza è ancora più basso il corpo appare nero. Perciò anche un corpo colorato, se riflette meno del 20% della luce, appare grigio. L occhio, anche se è presente un massimo di riflettanza, non riesce a distinguere la diversità delle lunghezze d onda in arrivo. Per questo motivo, in presenza di scarsa illuminazione gli oggetti non sono più colorati ma grigi o neri. Figura 10.8 Sistema additivo. Rosso, verde e blu sono i colori primari che, sovrapposti a due a due, danno origine ai colori secondari: rosso + verde = giallo, verde + blu = ciano, blu + rosso = magenta Sintesi additiva e sottrattiva Secondo lo scienziato inglese Young ( ), noto per gli studi sulla luce, possiamo individuare tre colori fondamentali della luce, detti colori primari perché non si possono ottenere per sovrapposizione di altri colori: il blu-viola, il verde e il rosso-arancio. Sovrapposti a due a due, essi danno origine ai colori secondari: il magenta (blu-viola + rosso-arancio), il blu ciano (blu-viola + verde) e il giallo (verde + rosso-arancio). Sovrapponendo i tre i fasci di luce dei colori primari si ottiene la luce bianca. Questo sistema si definisce additivo perché sovrapponendo fasci di luce colorata si ottengono colori sempre più chiari fino al bianco, in quanto la luminosità dei fasci di luce si somma (figura 10.8). L assenza di tutti i tre colori primari genera il nero. Il sistema additivo è il modello di definizione e visualizzazione dei colori utilizzato in informatica e nelle immagini televisive: infatti, i computer e gli