Auf der Suche nach der Struktur - Hochauflösende Röntgen-Pulverdiffraktion metallorganischer Salze für die Konservierungswissenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard Eggert
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315558375

Zum besseren Verständnis der Herstellung von Pigmenten oder des Zerfalls von historischen Werkstoffen forschen die Konservierungswissenschaften nach der Struktur gebildeter Verbindungen. SEM-EDX und Ramanmikroskopie sind dabei wertvolle, in ihren Erkenntnismöglichkeiten aber limitierte Werkzeuge. Häufig geht es um metallorganische Salze wie Carbonate, Formiate und Acetate. Einige wurden intentionell mit geeigneten Ausgangsstoffen (z.B. Essig) hergestellt, andere entstehen bei Zerfallsreaktionen mit der Atmosphäre (Luftfeuchtigkeit und Kohlendioxid bzw. Carbonylverbindungen als Innenraum-Luftschadstoffe). Die Verbindungen haben das Potential metallorganische Gerüste (MOFs) zu bilden. Darin werden hybride Strukturen aus organischen und anorganischen Baueinheiten mit einer Vielzahl interessanter Eigenschaften gebildet. Sie stehen daher im Fokus gegenwärtiger materialwissenschaftlicher Forschung. Die genaue Zusammensetzung vieler dieser auf Artefakten vorkommenden Verbindungen ist nicht bekannt. In vielen Fällen konnten für die herkömmliche Kristallstrukturbestimmung geeignete Einkristalle weder in Proben aufgefunden, noch im Labor gezüchtet werden. Die Datenanalyse moderner hochauflösender Röntgen-Pulverdiffraktionsmessungen (XRPD) hat das Potential, dieses Problem zu umgehen, wie wir in zwei Pilotstudien der Kristallstrukturen von einem häufig auftretenden Natrium-Kupferformiat und von Thecotrichit, einer Ausblühung auf kalkhaltigen Objekten, zeigen konnten. In beiden Fällen wurden in der Literatur angenommene Summenformeln korrigiert. Daher sollen unbekannte natürlich auftretende oder künstlich gewonnene Korrosionsprodukte entweder in Proben von Objekten oder aus Laborsynthesen mit XRPD untersucht werden: - Viele historische Glasobjekte enthalten auch Metallteile. Glashydrolyse kann Korrosion an benachbarten Metallen verursachen. Unbekannte Cu-, Zn-, und Pb-Verbindungen mit Na oder K (aus dem Glas) und kleinen organischen Anionen (aus der Luft) sollen studiert werden. - Kalkhaltige Artefakte oder zoologische Sammlungsstücke entwickeln bei Aufbewahrung in Holzschränken Calcium- und Acetat-haltige Phasen, einige enthalten auch Formiate (bisher nicht in der ICDD). - Basische Kupferacetate wurden als Pigment Grünspan seit mehr als zwei Jahrtausenden durch artifizielle Korrosion hergestellt. Zumindest 4 Phasen bedürfen noch der Strukturbestimmung. Während des dreijährigen Projekts sollen eine Vielzahl von Strukturen und Summenformeln gelöst werden. Das wird dabei helfen, die zugrunde liegenden Herstellungs- bzw. Zerfallsprozesse besser zu verstehen. Damit soll ein Beitrag zum übergeordneten Ziel der Konservierungswissenschaften geleistet werden: der Erhaltung von Artefakten zum Wohle der ganzen Menschheit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Robert Ernst Dinnebier