breve storia dei materiali

1. D A D O V E A R R I V A T U T T A Q U E S T A R O B A ?
Che disordine!

2. Che disordine!
 Libri, quaderni, lampade, computer, cellulare …

3. E, cambiando il punto di vista,
plastica, carta, legno, vetro, ceramica,
inchiostri,metallo, materiale elettrico,
elettronico …
Un’ incredibile varietà di oggetti di forme diverse
fatti con materiali di ogni tipo

4. Ci sono voluti almeno
100.000 anni per
permettermi di fare tutto
questo disordine sulla mia
scrivania!

5. Come siamo arrivati a questo?
Perché fino a qualche secolo fa
i materiali si potevano contare
sulle dita e oggi possiamo
contare su una varietà
incredibile di sostanze per
produrre un’ infinità di oggetti
utili e inutili?

6. Il mistero merita un’ indagine.
Chiediamo un passaggio a Doctor Who.
Saliamo sulla sua macchina del tempo e
catapultiamoci nel paleolitico.

7. selce
ossopelle
legno
Sostanze
coloranti
50000 anni fa
quali materiali avrebbero potuto
ingombrare le scrivanie dei primi uomini?
Qualora
fossero esistite
le scrivanie
naturalmente!

8. Vediamo più da vicino i pochi materiali con
i quali i nostri progenitori si costruivano il
necessario per vivere e per …
decorare i loro ambienti.
Pietra legno, pelle osso sostanze coloranti

9. Pietra
Al mio antenato del
Paleolitico era
sufficiente una pietra
per sopravvivere.
Aveva infatti
imparato a
scheggiarla per
ottenerne armi e gli
utensili necessari per
procacciarsi cibo e
confezionare abiti.
Selce
Roccia sedimentaria
microcristallina
Si sfalda facilmente dando
luogo a superfici abbastanza
lisce e con spigoli vivi
Non solo selce , ma anche
ossidiana roccia vetrosa
d’origine vulcanica
Museo dell’ossidiana di Pau

10. Il problema fu risolto con lo
sviluppo del commercio
Era così importante disporre di rocce adatte alla fabbricazione di
utensili che per molto tempo gli uomini stabilirono le loro sedi in
zone ricche di selce e ossidiana

11. Sviluppi
Le proprietà meccaniche e chimiche della pietra
la rendono un materiale utile anche per le
costruzioni e con il passare dei millenni venne
abbandonato il suo uso per la produzione di
utensili, ma divenne un importantissimo materiale
da costruzione, come dimostrano i megaliti neolitici
o le grandiosi piramidi egizie.

12.  In natura si trova abbondante e
non ha bisogno di molte lavorazioni
per essere utilizzato ad esempio
come arma
 Tenero e si può lavorare con facilità
 Flessibile può essere intrecciato
 Robusto e leggero si possono costruire capanne e
canoe
 Ottimo isolante termico
Legno

13. Sviluppi
 Il legno fu il secondo tipo di materiale importante
per lo sviluppo delle civiltà preistoriche.
 non ne abbiamo molte prove dirette perché con il
tempo il legno si consuma e deperisce
 Il primo strumento complesso inventato dall’uomo
fu in legno: l’arco, importantissimo nella caccia.

14. Sviluppi
 Il legno fu impiegato anche per intrecciare stuoie e
cesti. Da quelle tecniche si svilupparono nel
neolitico:
filatura e tessitura
All’uso del legno, in epoche successive si deve una delle
più importanti invenzioni dell’ umanità: la ruota

15. Riflessione
 Il massiccio uso del legno ebbe anche in passato serie
conseguenze per l’ambiente e molti siti preistorici
furono abbandonati a causa di frane e alluvioni
dovute al taglio dei boschi. Questo accadde anche in
epoche successive e il problema è ancor oggi
all’ordine del giorno.
 Dall’esperienza non sempre s’impara.

16. Osso
Osso , corna, avorio furono usati per farne
punte di freccia, punteruoli, pugnali, zufoli e
piccole sculture, ma anche, se
l’interpretazione è corretta, il primo
“calendario”, in cui gruppi di lineette
indicano l’avvicendarsi delle fasi lunari.

17. Sostanze coloranti
 Con la pietra e legno l’uomo sfrutta le proprietà
meccaniche dei materiali
 Con l’uso di sostanze coloranti per la prima volta vengono
sfruttate le proprietà ottiche.

18. Sostanze coloranti
 L’ocra fu la prima sostanza usata come colorante
 In seguito si usarono altri pigmenti inorganici
quali: ossidi di ferro, di manganese e carbonati.
 I pigmenti venivano mescolati a grassi animali e
conservati in pietre o ossa cave.

19. Sostanze coloranti
 Nelle caverne Twin Rivers, in Zambia, sono stati
trovati pigmenti per la decorazione del corpo
risalenti a 300.000 anni fa.
 I dipinti delle grotte di Lascaux risalgono a 15000
anni prima di Cristo.

20. Sviluppi
 Pigmenti e coloranti organici hanno continuato ad
evolversi in tutte le epoche.
 Da metà del XIX sec. ai colori ricavati da minerali,
erbe, animali, si sono affiancati i colori sintetici, fin
quasi a sostituirli completamente.

21. Pelle e cuoio
 Le pelli animali sono il quarto tipo di materiale utilizzato
nel paleolitico.
 I raschiatoi di selce servivano a preparare le pelli degli
animali uccisi nella caccia. I primi indumenti furono
probabilmente tuniche di pelle.
 In seguito furono fabbricate vesti più adatte a ricoprire
tutto il corpo con pelli tagliate e cucite con aghi d’osso e
sottili strisce di cuoio, tendini di animali o fibre di piante.
 Nel neolitico la pelle viene sostituita da tessuti di fibre
vegetali (tiglio, lino, cotone) o animali (lana, seta).

22. Sviluppi
 La pelle non ha dato grossi impulsi alla tecnologia e
oggi il cuoio viene impiegato soprattutto nella
produzione delle scarpe.
 Curioso l’uso della pelle per migliorare la tenuta delle
prime rudimentali pompe costruite nel secolo XVII
anche grazie agli studi di Evangelista Torricelli.

23. Progresso?
 Per millenni gli uomini si sono limitati a usare i materiali
cambiandone la forma, ma non la natura
 D’altra parte erano nomadi cacciatori e raccoglitori con
poco tempo per riflettere e poca necessità di oggetti.
 All’epoca, la relazione forma/funzione era fondamentale. I
pochi materiali a disposizione richiedevano
un’ottimizzazione della forma per avere il massimo delle
prestazioni.
 La necessità di sopravvivere limitava la possibilità di
sognare e immaginare.

24. Chimica?
 I primi “visionari”, quelli che da sempre hanno
dato impulso alle civiltà, erano costretti ad avere
sogni molto concreti.
 Armi e vesti le priorità. Stupisce la loro abilità nel
disegno e la necessità di esprimersi con quelle
meravigliose pitture.
 Non c’è traccia di chimica neppure involontaria,
quindi nessuna trasformazione profonda della
materia con l’intervento dell’ uomo.

25. Progresso?
 Va be’, ammettiamolo, 50000 anni fa si sopravviveva alla
grande pur senza conoscere nulla, ma proprio nulla di
chimica!
 Forse non proprio alla grande.
 In queste condizioni il progresso, almeno come
l’intendiamo noi, non poteva che essere lentissimo e i figli
forse vivevano e pensavano quasi come i loro genitori.
 A proposito, com’era un paleo adolescente?

26. Insomma qui non succede niente!
 è ora di riprendere la macchina del tempo e fare un
altro viaggetto alla ricerca di qualche novità
8000 a.C.
siamo piombati
in pieno neolitico
Che
salto
ragazzi!

27. Travo; Villaggio neolitico di Sant’Andrea

28. Grosse novità!
Ci sono case,
qualche animale
domestico, tessuti
e soprattutto
ceramica e
mattoni!
Ma che cosa sarà
successo?

29. Finalmente l’uomo ha imparato a utilizzare il fuoco!

30. Nascita del chimico inconsapevole
 Come abbiamo visto, per molti millenni l’uomo si era
limitato a impiegare materiali già esistenti in natura
modificandone la forma
 A partire dal neolitico, imparò a dominare il fuoco e
questo gli permise di trasformare la natura dei
materiali
 In questa fase però e per molti secoli successivi,
l’uomo non fu in grado di comprendere il
meccanismo chimico/fisico dei processi di
lavorazione che andava inventando. Per questa
ragione l’evoluzione fu lenta e faticosa.

31. Neolitico
 Questo fu anche il periodo della prima grande
rivoluzione:
L’invenzione dell’agricoltura
 l’agricoltura trasforma l’uomo da nomade
cacciatore- raccoglitore, a stanziale agricoltore -
allevatore
 Agricoltura e allevamento stimolarono l’invenzione
di nuovi oggetti e la ricerca di nuovi materiali.
 Si svilupparono industrie del legno, della ceramica e
la tessitura

32. Ceramica
 L’argilla mescolata all’acqua, è un materiale plastico
che può essere facilmente modellato e seccato.
 l’argilla secca può essere distrutta dall’acqua e quindi
è poco utile.
 Cotto ad una certa temperatura diviene duro e fragile
e non è più attaccato dall’acqua.
 I progressi nella costruzione dei forni permisero di
ottenere cotture più regolari e temperature più
elevate e quindi manufatti di qualità via via migliore.

33. Sviluppi
 La tecnica della ceramica mantenne un carattere empirico,
cioè non si basò su fondamenti scientifici, ma
sull’esperienza accumulata dagli artigiani. Per molto tempo
quindi tecnologie e prodotti rimasero immutati.
 Nuovi importanti progressi si ebbero nel secolo scorso
quando si ebbe l’esigenza di materiali con forti capacità di
resistenza meccanica e termica
neoceramici

34. Mattoni
 Impasti di terra argillosa furono usati anche come
materiale da costruzione.
 Dai più antichi muri di canne cementate con fango,
(primo esempio di materiale composito) si passò
gradualmente ai muri di argilla pigiata e quindi ai
mattoni essiccati al sole.
 Solo in epoca storica furono inventati i mattoni cotti
nelle fornaci

35. Pronti per il nuovo salto temporale?
Allora via!
verso il
3000 aC!
Ci sono diverse possibilità per l’atterraggio.
Le civiltà viaggiano a velocità diversa

36. Il mondo a due velocità.
Stele della Lunigiana: 3000 a.C.

37. Egitto: Una scrivania nel 3000 a.C.

38. Inizia la storia: 3000 a.C.
 Eccoci entrati nella storia con l’invenzione della
scrittura avvenuta alla fine del quarto millennio a.C.
in Mesopotamia ed Egitto.

39. Le novità
 L’uomo impara a estrarre i metalli dai minerali e a
lavorarli. Per ora il metallo più usato è l’oro.
 Si ricava il sale facendo evaporare l’acqua di mare o
estraendolo dalle miniere e lo si utilizza per
conservare carni e pesci.
 Si producono unguenti e profumi. Il primo chimico
(ma lei non lo sapeva) di cui si abbia notizia è una
donna babilonese di nome Tapputi, che distillava e
componeva erbe per ricavarne essenze profumate per
la famiglia reale.
 Viene inventato il vetro.

40. Vetro
 A partire dal 2500 a.C. in Egitto e in Mesopotamia
furono prodotti oggetti in vetro pieno usati come
ornamenti. All’impasto di sabbia silicea venivano
aggiunti sali di rame e di cobalto per colorarli.
 Intorno al 2ooo a.C. vennero fabbricati i primi
oggetti in vetro cavo che servivano come recipienti
per unguenti e profumi.
 A causa delle temperature non troppo elevate si
formavano bolle di gas che non riuscivano a liberarsi
dalla massa ed erano causa della scarsa trasparenza
del vetro.

41. Sviluppi
 Nel primo secolo d.C. Seneca racconta:
“È risaputo che alcune cose sono comparse soltanto nei
tempi attuali, come a esempio l’impiego di lastre alle
finestre che lasciano passare attraverso la massa
trasparente del vetro la chiara luce del giorno.”
 A partire dalla fine del 1500 d.C., grazie alle raffinate
tecniche di lavorazione di questo materiale, si ottennero
lenti per occhiali prima, per telescopi e microscopi poi,
che permisero lo studio del cielo e del mondo
microscopico.
 Solo recentemente, grazie alle conquiste della chimica e
della fisica sono stati fabbricati vetri speciali

42. Oro
 L’oro fu il primo metallo conosciuto dall’uomo che
lo trovava puro (allo stato nativo) sotto forma di
granelli, o pagliuzze, trasportate dai fiumi
 Facile da lavorare, mantiene inalterata la sua
lucentezza.
 Fu usato per oggetti decorativi e monili

43. Sviluppi
 La storia dell’ oro è fatta di miti, ricchezze favolose,
sangue, avventura e truffe. E così l’oro evoca il pomo
d’oro per la dea più bella, re Creso, il genocidio degli
Aztechi da parte di Cortés e Pizarro, la corsa all’oro,
la pietra filosofale e i caveau delle banche.
 L’oro puro è troppo tenero e se ne usano le leghe.
 Utilizzato in applicazioni elettriche ed elettroniche
 Grazie a un sottilissimo foglio d’oro, l’atomo ha
iniziato a svelarci i suoi misteri (Rutheford inizi del
XX secolo)

44. Se osserviamo il grafico che
segue, ci accorgiamo che 5000
anni fa si conoscevano molti
tipi di legno e di materiali
naturali e, oltre alla pietra,
anche la ceramica e il vetro,
mentre l’unico metallo ad essere
utilizzato era l’oro

45. 3000 a.C.: materiali conosciuti

46. Per scoprirlo,
buttiamoci in un
nuovo millennio !
Mancano quasi tutti i
metalli. Quando abbiamo
cominciato a usarli ?

47. Età dei metalli: la scri … Il corredo funebre nel
1000 a.C.

48. Metalli
 Dopo l’età della pietra danno il nome ai primi periodi
storici, età del rame, età del bronzo, età del ferro.
 I metalli sono molto diffusi sulla terra, ma a parte
alcuni, non si trovano allo stato nativo, ma nei
minerali
 7 i metalli noti prima dell’Era Volgare: oro, rame,
argento, piombo, stagno, ferro, mercurio

49. Rame
 Come l’oro, il rame si trova in natura allo stato nativo
e in lega con l’arsenico. L’uomo ha imparato a usarlo
in queste due forme modellandolo meccanicamente
 La necessità di poterne disporre in quantità maggiori
ha dato l’impulso per trovare le tecniche di
estrazione dai suoi minerali.
 Ha inizio la metallurgia

50. Sviluppi
 Il rame ha ancor oggi funzioni importanti sia puro
(nei componenti elettrici), sia nelle sue leghe (come
bronzo e ottone) sia nei suoi composti chimici ( es. il
verderame).
 Il problema è la scarsità di questo elemento. I
minerali ricchi in rame sono ormai esauriti e il
prezioso metallo si estrae da minerali che ne
contengono piccole quantità usando tecniche molto
invasive per l’ambiente.

51. Riflessione
 “ Desidero ora parlare del rame e vorrei che quanti, uomini
e donne, mi stanno ascoltando capissero l’importanza di
questa manifestazione nel corso della quale verrà firmato il
progetto destinato a modificare l’attuale Costituzione
politica, perché il Cile possa essere padrone della sua
ricchezza fondamentale e si arrivi senza mezzi termini a
nazionalizzare definitivamente il rame, che diventerà così
dei cileni.” Salvatore Allende 1971.
 Nel 1973, 11 settembre, Allende viene assassinato in un
colpo di stato di generali cileni sostenuti e finanziati dagli
USA. In seguito le miniere di rame sono state restituite alla
compagnie nordamericane.

52. Bronzo
 Il bronzo è una lega rame stagno e probabilmente
venne prodotta accidentalmente. Ben presto però
furono evidenti le migliori prestazioni meccaniche
rispetto al rame puro.
 Divenne importante, oltre l’approvvigionamento di
rame, anche quello di stagno.

53. Le vie dellostagno
2
II millennio
a.C.
III millennio a.C.
1

54. Sviluppi
 Il bronzo trova applicazioni particolari anche ai
giorni nostri. Viene per esempio utilizzato nella
fusione di statue e nella produzione di campane.

55. Ferro
 Il ferro era conosciuto già nel IV millennio a.C. Era il
ferro che assieme al nichel si trova nei meteoriti. Ma
i meteoriti sono scarsi e non possono aver fornito
materiale sufficiente per lo sviluppo di una tecnica.
 L’età del ferro si fa quindi risalire a dodici secoli
prima di Cristo.

56. Ferro
 Alla fine del III millennio la metallurgia del ferro era
già nota agli Ittiti, un popolo che si era stabilito
nell’attuale Turchia
 Il crollo del loro impero fu il principale fattore di
diffusione della tecnica di estrazione e lavorazione
del ferro
 Gli Assiri furono i primi a impadronirsene.

57. riflessione
 Gli Assiri, la cui superiorità si basava sull’uso di armi
di ferro, avevano fama di crudeltà spietata
“Il sangue dei nemici uccisi scorre dalle cime delle
montagne e nelle valli e le teste dei guerrieri sono
accatastate come mucchi di grano”
Il romano Plinio il Vecchio dirà del ferro:
“ È il metallo più prezioso e allo stesso tempo il più
dannoso per l’umanità. (…) Questo metallo serve
anche per fare la guerra, per uccidere, per rubare”

58. La filosofia della natura
 A partire dl V sec. a.C. nel mondo greco si ha la nascita della
filosofia della natura.
 Ha così inizio la ricerca della natura delle cose, cioè il
problema della materia .
 Nasce la scienza.
 Nascono le idee, le ipotesi, ma mancando la parte sperimentale e
quindi la verifica delle ipotesi, questa scienza non dà risposte che
possano poi avere un’applicazione tecnologica.
 La distanza fra lo scienziato naturale e l’artigiano è
enorme e questo non favorisce il progresso tecnologico.
Dei resto non era certo questo lo scopo di questi
filosofi/scienziati!

59. I filosofi/scienziati

60. Eccomi di nuovo in viaggio.
Un salto
verso l’anno
zero!

61. Che materiali avevano i Romani per costruire il
loro Impero?

62. Buona la disponibilità di metalli. Il Ferro è diventato
importantissimo per le armi e l’evoluzione delle
tecniche di lavorazione di questo metallo ha fornito ai
Romani armi di molto superiori a quelle dei nemici.
Anche il vetro occupa un posto importante e le
tecniche di produzione di questo materiale sono
diventate raffinatissime
Però … non ci sono nuovi materiali!
Dunque vediamo

63. Voglio approfittare della macchina
del tempo per andare molto oltre
l’anno zero e dare un’occhiata ai
materiali a disposizione di Leonardo
da Vinci
Un bel
salt0 nel
1500 d. C.

64. 1500 anni dopo

65. Ai tempi degli imperatori Durante il rinascimento
Non è cambiato niente!

66. Per ben oltre un millennio non si
scoprono o inventano materiali nuovi.

67. Cesare
100 a,C 44 a.C
Pericle
495 a.C. 429 a.C
Ludovico il Moro
(1452-1508)
Salomone
1011 a.C 931 a.C
Vestivano con abiti tessuti a mano
Illuminavano con lampade a olio di pesce
Si scaldavano con riscaldamento a legna
Viaggiavano con veicoli trainati da cavalli
George Washington
1732 1799
Le armi no, quelle si sono evolute: rame, bronzo, ferro, acciaio … e polvere da sparo

68. Ma allora, quando abbiamo
incominciato a produrre tutti
i materiali che abbiamo oggi?
Diamo ora un’occhiata
dall’alto a quello che è
successo dal 1800 in poi!

69. Fine ‘800

70. Metà del secolo scorso

71. Oggi

72. Ma che cosa è successo?
Nascita della scienza moderna.
Magia? Invasione extraterrestri?
Galileo Newton Lavoisier

73. Le ipotesi devono essere dimostrate
attraverso esperimenti mirati e
ripetibili
Non si possono dare grandi risposte
definitive perché la realtà è complessa
e va studiata esaminando piccoli
sistemi da diversi punti di vista. La
costruzione dell’ esperimento avvicina
lo scienziato all’artigiano .

74. La scienza incomincia a dare risposte pratiche
Una delle conseguenze è il
progresso esponenziale della
tecnologia

75. Alcune risposte

76. Ora l’umanità può sognare
alla grande! Scienziati e
tecnologi si daranno da fare
per trovare il materiale più
adatto per realizzare anche le
visioni più audaci.

77. Ricordiamo però …
la Terra è un sistema chiuso.
La quantità di materia a nostra
disposizione non è infinita ed è
assolutamente necessario
preservarne la qualità.

78. Accanto agli evidenti
vantaggi e benefici, che la
tecnologia porta alla specie
umana, non bisogna
sottovalutare i problemi che
crea all’ambiente e ai quali
occorre dare soluzioni.
Perciò, è bene ricordare che …

79. Non è tutto oro quello che luccica

80. Fine