La coulombmetria per lo studio qualitativo e quantitativo del contenuto d'acqua in reperti archeologici

Come già accennato nel secondo capitolo, da una misura coulombmetrica è possibile determinare i diversi tipi di acqua estratti dal campione in esame, tramite l'operazione del frazionamento. Infatti, è possibile fare una distinzione dei diversi tipi di acqua legata considerando essenzialmente l'intorno chimico da cui queste molecole sono circondate, poiché tale parametro influenza e caratterizza forma ed intensità dei picchi di corrente prodotti durante l'analisi.

Anche nel caso di argille e di ceramiche in generale è importante considerare il tipo di acqua associato, in quanto nelle interazioni che si instaurano tra i minerali argillosi e l'acqua, questi gioca un ruolo fondamentale nel determinarne il comportamento meccanico.
Infatti, la perdita d'acqua in questo tipo di materiali avviene per mezzo di due meccanismi complementari. Questi sono l'evaporazione vera e propria, che avviene una volta che l'acqua è giunta sulla superficie del materiale, e la diffusione, che trasferisce l'acqua dagli strati più interni verso la superficie sotto forma di liquido o di vapore acqueo.

In un impasto a base di argilla l'acqua è legata in diversi modi in base al tipo di interazione instaurata e quindi dal comportamento assunto durante un'eventuale evaporazione provocata da un innalzamento della temperatura.
Si può perciò fare una distinzione tra: acqua di superficie, acqua nei pori, acqua di saturazione ed acqua adsorbita.

L'acqua di superficie, chiamata anche "umidità residua", è il tipo di acqua più esterno che ricopre superficialmente i materiali argillosi, dovuto essenzialmente all'umidità presente nell'aria e facilmente rimuovibile con temperature < 100°C.

L'acqua nei pori, altrimenti detta "interstiziale", è il tipo di acqua che si interpone tra le varie molecole che compongono il materiale argilloso, contenuta principalmente nei pori del materiale costituente l'impasto e caratterizzata da forze di legame relativamente deboli che la rendono facilmente estraibile se sottoposta ad un gradiente di pressione o a temperature prossime ai 100°C.

L'acqua di saturazione è quella che circonda le particelle aventi uno spessore compreso tra le 20 e le 200 molecole. Presenta una maggiore densità rispetto alla precedente ma è più mobile di questa; inoltre è tenuta insieme da forze di natura elettrostatica, superabili a temperature di ~ 200°C.

Infine, l'acqua adsorbita è quella che copre direttamente la superficie delle particelle, formando strati avente uno spessore di un centinaio di Angstrom. Questo tipo di acqua è soggetto a legami più forti rispetto ai tipi precedenti, dovuto a forze elettrostatiche maggiori rispetto a quelle che tenevano unite le molecole di acqua di saturazione, e pertanto non superabili solamente con meccanismi idrodinamici ma solo con temperature > 300°C.

Quindi nelle analisi coulombmetriche effettuate sui campioni ceramici è possibile associare i vari picchi osservati nei grafici corrente vs tempo (Figure 4.26 e 4.27) ai diversi tipi di acqua. In particolare il primo picco prodotto (indicato da 1 in Figure 4.26 e 4.27), quello corrispondente alla temperatura di 40°C, si può associare all'evaporazione dell'acqua di superficie; il secondo picco, osservato alla temperatura di 100°C, si può associare all'evaporazione dell'acqua interstiziale; il terzo picco, corrispondente alla temperatura di 200°C, all'evaporazione dell'acqua di saturazione; ed infine quarto e quinto picco, corrispondenti alle temperature di 300°C e 360 °C, all'evaporazione del tipo di acqua più difficile da espellere, quella adsorbita (Figure 4.26 e 4.27).