有害气体对文物的影响
贾文忠      时间:2013-09-09    字体:      

大气环境的变化,是文物损环的因素之一。虽然对文物制成材料的破坏作用在一般情况下是比较缓慢的,不易被人们所察觉,但它确实每日每时都在影响着文物制成材料的耐久性。有害气体与大气中洁净程度有关,随着工业的发展,在城市中大气污染问题日益严重,有害气体对文物制成材料的不利影响也就日趋突出。下面介绍几种典型的有害气体。

(一)臭氧(O3),氧的一种高能同素异位位体,有特殊臭味。熔点192.7±2℃,沸点111.9℃。臭氧稳定性极差,在常温下,30分钟左右即可自行分解为氧气。空气经紫外线照射和静电放电都可产生臭氧。臭氧是一种强氧化剂,对许多无机物和有机物都具有氧化作用。臭氧在空气中含量虽然很少(每100立方米空气中含2.5毫克臭氧),但它对文物变质产生很大影响。

有氧存在,并有光照的情况下,纤维质地文物会发生强烈的氧化作用,生成易碎的氧化纤维素。氧的存在对金属文物也十分有害,金属因氧化而锈蚀。氧对于因紫外线照射引起的丝绸泛黄有很大影响,这是由于紫外线照射丝素分子产生自由基,再与氧反应所致。

(二)二氧化硫(SO2),又名亚硫酸酐,是无色而有刺激性气味的一种有毒气体,熔点72.7℃,沸点10℃。二氧化硫是人口密集地区最重要的大气污染物。易溶于水,二氧化硫和水发生作用首先产生亚硫酸。亚硫酸有漂白作用,能使颜料和字迹退色。又因亚硫酸是极不稳定的化合物,吸收空气中的氧以后,生成化学性质较稳定的硫酸。

二氧化硫也可以和空气中的初生态氧或氧发生作用,形成三氧化硫,然后再和水发生作用成为硫酸。硫酸是一种强酸,具有强烈的吸水性、脱水性和氧化性,尤其是在较高温度时,能与许多金属或金属氧化物作用生成硫酸盐。硫酸可随雨雾降落,即形成人们通常所说的“酸雨”和“酸雾”,对金属文物有很强的腐蚀作用,对建筑材料、石质文物、壁画和有机质地文物也都有腐蚀作用。

在纸质文物中,硫酸生成后会长久地存留在纸中,随着时间的推移,硫酸越积越多,纸张的酸度越来越高。书籍纸张在有硫酸存在时,将加速其中纤维素的水解,使纤维素聚合度降低,当聚合度降到200以下时,纸张的强度将下降到零,就会碎裂成粉末。

(三)硫化氢(H2S),是一种带有腐坏鸡蛋臭味的气体,易溶于水,熔点85.5℃,沸点60.7℃。硫化氢在大气中被迅速氧化成二氧化硫,特别是当空气比较充足时其反应速度更快,硫化氢也可以和空气中的臭氧发生作用生成二氧化硫;二氧化硫又可以进一步产生酸。因此,硫化氢是一种酸性有害气体。硫化氢溶于水后生成氢硫酸。氢硫酸是一种弱酸,具有漂白作用,可使字迹、颜料退色,也可使植物纤维素遭到破坏。氢硫酸还能使银、铜、铅制品的表面变黑;能与许多金属离子作用,生成不溶于水或酸的硫化物沉淀。

(四)二氧化氮(NO2),为棕色气体,易溶于水,具有刺激性。大气中共有七种氮的氧化物,其中一氧化氮和二氧化氮最多,燃料在空气中高温燃烧时,可使空气中的氮氧化成氧化氮;化肥厂、制造硫酸或硝酸的工厂及各种用硝酸处理的工序都会排出一氧化氮,一氧化氮与水反应生成硝酸,硝酸能加速植物纤维素的水解作用,使纤维素降解,强度降低。初生态氧又可加速纤维素的氧化,使之生成氧化纤维素。

(五)氯气(Cl2),为黄绿色气体,有毒,有剧烈窒息性臭味。在空气中,通常可能允许的游离氯最高浓度为0.001毫克/升。氯具有很强的氧化能力,能与有机物和无机物进行取代和加速反应,同许多金属和非金属能直接起反应。

空气中的氯离子是腐蚀金属特别活跃的因素。氯离子极易溶解在吸附水中,并具有很强的穿透力和盐吸湿性,青铜器上形成的绿色粉状锈,即“青铜病”就是氯化物腐蚀产生的。

氯易溶于水,氯溶解在水中生成盐酸和次氯酸,次氯酸不稳定,易分解为盐酸和初生态氧,初生态氧又会与空气中的氧发生作用,生成臭氧。

因此,氯气既是酸性有害气体,又是氧化性有害气体。氯气的存在能加速书籍纸张纤维素的氧化作用和水解作用,缩短文物寿命,又可使字迹、颜料退色。

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