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I metalli
Il documento esplora la storia e l'importanza dei metalli nell'antichità, focalizzandosi su metalli come oro, rame, argento, piombo, stagno, ferro e mercurio. Attraverso il racconto di un uomo, il signor W, si evidenzia la transizione dall'uso di metalli nativi a fusioni e leghe, come il bronzo e il ferro, e la scoperta delle loro applicazioni pratiche. Viene inoltre discusso il ruolo cruciale della chimica nel progresso della metallurgia e delle civiltà umane.
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I metalli
- 1. I metalli nell’antichità IL SIGNOR W E LA PENTOLA OVVERO NON È SOLO ORO QUELLO CHE LUCCICA
- 2. La signora Wha una spiccata predilezione per l’oro. Lo apprezza in tutte le sue forme: dal lingotto all’orecchino e in tutti i colori che l’oreficeria le propone Il signor WW che preferirebbe una maggiore passione della moglie per metalli e leghe meno pregiate, per l’anniversario le regalò una costosissima pentola in acciaio inox di ottima qualità.
- 3. Per quanto nonproprio abilissimo nel comprendere i gusti della moglie, intuì che il regalo non era stato apprezzato. Intuì anche che non avrebbe avuto maggior successo con una pentola in rame o alluminio e si chiese cosa avesse di più un pezzettino d’oro rispetto a quella bella quantità di metallo che aveva offerto in dono.
- 4. Decise perciò diapprofondire l’argomento, perché i W sono fatti così. La disavventura della pentola oltre a illuminarlo sui gusti della moglie in fatto di regali, gli aveva fatto nascere il desiderio di sapere qualcosa di più sui metalli, puri o in lega che fossero. Per prima cosa diede un’occhiata alla storia. Raccolse in una scheda questi primi dati e iniziò a elaborare un dizionario di metallurgia e non
- 5. Storia dei Metalli:i dati 86 elementi chimici a carattere metallico 24 noti prima del XIX sec. 7 metalli noti a.C.: oro, rame, argento, piombo, stagno, ferro, mercurio 5 metalli nativi, usati in Mesopotamia, Egitto, Grecia, Roma 2 metalli funzionali: oro, argento 2 metalli strutturali: ferro e rame (bronzo)
- 6. Il signor Wrimase poi affascinato dai simboli con cui gli antichi identificavano i metalli. Essendo però molto prosaico si congratulò mentalmente con gli scienziati che avevano messo un po’ d’ordine nella nomenclatura e con la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) che a tutt’ oggi si dedica a questo encomiabile lavoro.
- 7. Simboli egiziani deimetalli Simboli alchemici dei metalli Pb Sn Fe Au Cu Hg Ag
- 8. Diede poi unosguardo d’insieme alla cronologia delle scoperte per avere un’idea del percorso da intraprendere. Decise quindi di limitare le sue riflessioni alle tre Ere che portano nomi di metalli rimandando ad un altro momento la storia più recente e le proprietà chimiche, fisiche e meccaniche dei metalli.
- 9. Chronological list ofB.C. developments in the use of materials (ASM Handbook) 9-7000 B.C.: Earliest metal objects of wrought native copper, Near East 5000-3000 B.C.: Chalcolithic period: melting of copper; experimentation with smelting, Near East 3500 B.C.: Lead statue, Temple of Osiris, Egypt 3000-1500 B.C.: Bronze Age: arsenical copper and tin bronze alloys, Near East 3000-2500 B.C.: Lost wax casting of small objects, Near East 2500 B.C.: Granulation of gold and silver and their alloys, Near East 2400-2200 B.C.: Copper statue of Pharaoh Pepi I, Egypt 2000 B.C.: Bronze Age, Far East 1500 B.C.: Iron Age (wrought iron), Near East 700-600 B.C.: Etruscan dust granulation, Italy 600 B.C.: Cast iron, China
- 10. Queste date escludonole Americhe Di queste possiamo raccontare, (vedi “L’oro del Perù”) quello che apparve agli occhi dei conquistatori spagnoli nei primi decenni del 1500 d.C. Manufatti di rame, bronzo, forse solo manufatti di ferro meteoritico, uso di argento e platino (probabilmente senza distinzione tra l’uno e l’altro) e oro: “l’oro splendente come il sole degli Inca brillava, splendeva, adornava, copriva mummie, ornava templi, ma non serviva mai come merce di scambio o come simbolo di ricchezza”(pag 46 “L’oro del Perù”)
- 11. Il signor Wfece una prima considerazione sull’importanza dei materiali non ferrosi. Strano, se chiedessi oggi di dirmi il nome di un metallo, la maggior parte di quelli che conosco direbbe “Ferro”. Ma non è stato certo lui il primo e il più importante! Solo nel 1550 a.C. si parla di età del ferro.
- 12. Cronologia delle leghenon ferrose Au Naufragi Sn , Cu materiale bronzo Cu nativo Cu-As Cu-Sn-Pb 1500 6000 3000 720 8000 4000 800 5000? ~1200 Cu Cu-Sn; Cu-Zn fusione e Sn; estrazione; Ag Pb
- 13. Dopo queste considerazioniil signor W entrò nel merito dell‟argomento. Si rese così conto, che l‟uomo cominciò ad usare i metalli molto prima di riuscire a produrli. Infatti in natura si trovavano i “metalli nativi”, e in antichità erano molto più frequenti di quanto non lo siano ora. Si trovavano le “pepite”, cioè di blocchetti nemmeno tanto piccoli, che l‟uomo cercò di elaborare con le stesse tecniche che usava per le altre pietre
- 14. 8000 a.C. Rame nativo : La scoperta fu che sotto i colpi le pepite non si rompevano ma cambiavano forma!!
- 15. L’oro e ilrame metallico (anche il platino, ma questa è un’altra storia) possono essere rinvenuti allo stato nativo, perché mostrano nessuna o scarsa tendenza a combinarsi con ossigeno o zolfo e formare minerali O2 S
- 16. Al signor Wfece molto piacere sapere che anche se l’oro era un metallo che poteva essere trovato allo stato nativo, le dimensioni minime delle sue pepite impedirono all’uomo primitivo ( seppur attratto dal colore e dalla lucentezza) un effettivo uso pratico. E approvò la nascita dell’era del rame ….
- 17. …. e laconseguente nascita della tecnologia metallurgica, che si affiancò alla più antica tecnologia ceramica.
- 18. Le date Età Calcolitica o del rame 6000 a.C. in Anatolia 4000 a.C. in Egitto primi manufatti in rame 3500 a.C. in Mesopotamia 3000 a.C. in Grecia, Siria, Palestina 2200 a.C. Italia ed Europa
- 19. Ma come nacquela metallurgia?
- 20. Il signor Wsi ricordò un libro bellissimo che aveva regalato a WJ : Zio Tungsteno di Oliver Sacks. Dopo aver letto quel libro, WJ gli aveva fatto almeno 3000 domande ma lui era troppo occupato per rispondere e così lo aveva dirottato sulla signora W e sul nonno Perché erano lucenti?perché lisci? Perché freddi? Perché duri? Perché pesanti? E lesse a Perché si piegavano senza spezzarsi? Perché risonavano? Perché due metalli pag, 56 … teneri come lo zinco e il rame, potevano combinarsi per produrne un altro più duro? Che cosa conferiva all’oro la sua qualità aurea e perché non anneriva mai? Tratto da - Zio Tungsteno di Oliver Sacks
- 21. “Zio Dave ricostruìper me la prima fusione di un metallo: era possibile che gli uomini delle caverne avessero usato rocce contenenti un minerale del rame- forse malachite verde- per delimitare un fuoco su cui cuocere il cibo, e all’improvviso si fossero accorti che, mentre il legno carbonizzava, la roccia verde stava sanguinando trasformandosi in un liquido rosso, il rame fuso. VI millennio. a.C. Oggi sappiamo, proseguiva zio Dave, che quando si estrazione dal minerale riscaldano gli ossidi metallici con il carbone, il in Anatolia carbonio presente in quest’ultimo si combina con il loro ossigeno “riducendoli” e liberando metallo puro.”
- 22. Se non avessimoacquisito la capacità di ridurre i metalli presenti negli ossidi , proseguiva zio Dave, non avremmo conosciuto metallo alcuno a parte quei pochi che si rinvengono allo stato nativo. Non ci sarebbe mai stata un’età del bronzo,e meno che mai un’età del ferro: né sarebbero state possibili le affascinanti scoperte del diciottesimo secolo quando furono estratti diciotto nuovi metalli ( compreso il tungsteno ) dai loro minerali.” O. Sacks – Zio Tungsteno
- 23. Visto che almeno4000 anni dell’esistenza umana l’avevano visto come protagonista indiscusso, il signor W decise che il rame meritava una conoscenza più approfondita e preparò una scheda con alcune informazioni sul rame e le sue leghe involontarie
- 24. A questo puntoil signor W si trovò a faccia a faccia con un altro metallo fondamentale: lo stagno Questo metallo lo associava a saldature, scatolette e poco altro. Nulla ai giorni nostri poteva far pensare all’enorme ….. importanza dello stagno
- 25. Forse fu fondendoin ambiente riducente un minerale contenente rame e stagno che gli uomini si accorsero di aver prodotto una sostanza metallica simile al rame ma più dura e resistente Il bronzo (Cu-Sn) usato in Medio Oriente a partire dal III millennio a.C., mentre in Cina e Thailandia il bronzo appare circa un millennio più tardi. E‟ una lega più bassofondente, in genere con migliori proprietà meccaniche e più resistente a corrosione del rame non alligato.
- 26. Un testardo primofonditore carpì il segreto e lo stagno divenne prezioso. Come veniva prodotto il bronzo? Ipotesi: 1. Sn si trovava in minerali misti Cu-Sn; 2. Minerali con Sn (es. cassiterite, SnO2) aggiunti ai minerali cupriferi; 3. Cassiterite aggiunta al rame metallico. 4. Sn metallico aggiunto a Cu metallico.
- 27. I fenici, commerciantidi stagno, diedero vita al mito delle Cassiteridi isole misteriose di cui tennero segreta l‟ubicazione (cassiterite era il nome del minerale dal quale si produceva stagno). Le Cassiteridi furono localizzate nell‟attuale Cornovaglia, uno dei paesi produttori di questo metallo Ma prima dei Fenici, lo Sn veniva da oriente. L‟ipotesi attualmente più accreditata indica il Badakshan, provincia settentrionale dell‟Afghanistan, come origine dei minerali a base di Sn.
- 28. Le vie dellostagno 2 III millennio a.C. II millennio a.C. 1
- 29. Le date Età del Bronzo Il passaggio dall’età calcolitica al bronzo dura • circa un millennio in Egitto •2/300 anni in Europa (dipendenza dalla possibilità di avere lo stagno)
- 30. A questo puntoil signor W decise di fare una scheda dello stagno Sebbene a malincuore preparò una scheda anche dell’oro, ma la mise insieme a quelle di argento, e piombo per concludere così la conoscenza dei metalli non ferrosi usati prima dell’anno 0 dell’era moderna. Prese poi ad occuparsi del ferro e della sua comparsa nella storia umana
- 31. Prima di riuscirea ricavare il ferro dai suoi minerali, l’uomo usava le meteoriti come dimostra il nome greco del ferro σιδηροσ (astro) e un geroglifico egiziano del ferro che significa “metallo dal cielo”
- 32. : Il metallo di fuoco che viene dal cielo
- 33. Meteoriti ferrose: leghe complesseFe/Ni formate da sistemi materiali spaziali che hanno subito un riscaldamento tale fondere il ferro che, per la sua densità elevata, tende a localizzarsi al centro del sistema genitore (lo stesso fenomeno ha portato alla formazione del nucleo terrestre composto di ferro-nichel). Per qualche evento catastrofico, molto probabilmente collisioni fra i diversi corpi spaziali, si sono generati frammenti solidi: asteroidi o, se piccoli le meteoriti. 3 tipi di meteoriti ferrose: octaedrite ataxite esaedrite (Ni più di il tipo più comune (Ni 6- 16%). (Ni meno di 6%) 16%)
- 34. Dopo pulitura metallograficaed attacco chimico le octaedriti mostrano la microstruttura di Widmanstätten
- 35. La presenza dellastruttura di Widmanstätten di cui rimane traccia nei manufatti, permette di distinguere fra il ferro meteoritico e quello estratto
- 36. Origine della Metallurgiadel ferro: Medio Oriente Primi oggetti: 3000 a.C. Uso regolare dal 1200 a.C. Esportazione di oggetti verso Caucaso, Grecia, Egitto… I° diffusione della metallurgia del ferro: la Grecia Primi oggetti: 1200 a.C. Uso regolare: 800 a.C. Esportazione di oggetti e tecnologia attraverso il Caucaso in Europa Centrale, verso l’Italia dalla Grecia, verso la Spagna dalla Fenicia. II° diffusione della metallurgia del ferro Primi oggetti: 800 a.C. Uso regolare: 500 a.C. Esportazione di oggetti e tecniche in Europa Centrale dai Celti, in Italia dagli Etruschi
- 37. “L’uomo eneolitico ormaiesperto nelle arti del fuoco quanto basta per ottenere il rame e il bronzo continua a sperimentare il calore su altri minerali, pietre pesanti e di vario colore Capita nel suo forno un minerale di ferro, molto probabilmente magnetite ed egli constata che a differenza di rame o stagno, la pietra non si trasforma in metallo fuso, ma una volta estratta dal forno e lasciata raffreddare dimostra di essersi molto trasformata L’uomo la ricaccia nel forno e soffia aria perché vuole fonderla. Non ci riesce e la batte quando è ancora rovente scoprendo un materiale metallico più duro del bronzo e più micidiale come arma.” Vita dei metalli F. De Carli
- 38. Le materie prime: EMATITE MAGNETITE LEGNA O CARBONE DI LEGNA
- 39.
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- 42. Carbone di legna Vagliatura e deposito miniera Basso fuoco Ricostruzione di un sito metallurgico Basso fuoco con mantici
- 43. Vista l’importanza attuale delferro e dell’acciaio, Il signor W decise di tracciare la storia essenziale del ferro con le tappe principali fino ai nostri giorni
- 44. A questo puntoil signor W fece alcune riflessioni Lo sviluppo delle tecnologie estrattive dai minerali era il risultato della conoscenza delle potenzialità del fuoco e della capacità di gestire la reazione di combustione Era anche aver capito che il carbonio era in grado di estrarre ossigeno dai metalli e quindi di purificarli cioè di ridurli Era anche aver capito le potenzialità di miscugli omogenei quali le leghe, studiando e applicando le percentuali ottimali di alliganti.
- 45. E al signorW veniva in mente una sola parola per definire tutto questo chimica
- 46. E così ilsignor W si chiese perché la chimica, madre delle nostre civiltà, sia oggi misconosciuta e trattata con sospetto Forse siamo stanchi di queste civiltà, forse vorremmo tornare indietro nel tempo senza portare nulla con noi, neppure il segreto magico dei metalli. Forse ci stiamo riuscendo.
- 47. Le fonti •WalterNicodemi, Claudio Mapelli - Archeometallurgia – Ed. AIM • Oliver Sacks - zio Tungsteno - Adelphi •Felice de Carli - La vita dei metalli- Vallardi Mi- 1956 •Aurelio Miro Quesada -Oro del Perù -Edizione libraria S.p.A. Trieste •Carla Martini -Metalli non ferrosi antichi •Giorgio Poli – Metallurgia del ferro •Giumlia Mair- Le arti di Efesto - Silvana editoriale
- 48. FINE Per ora
- 51. Il rame (Cu) Metallo di Venere • Etimologia: dal latino aes Cyprium (metallo di Cipro), poi trasformato nel tardo latino in aeramen. Nome greco: chalkòs (lucente). • In natura: sia allo stato nativo che, soprattutto, a partire da minerali (es. calcocite Cu2S, covellite CuS, calcopirite CuFeS2). • Caratteristiche: duttile e malleabile, a bassa durezza ma soggetto ad incrudimento: occorre prevedere ricotture per ripristinare la lavorabilità. Se alligato con altri metalli (es. As, Sb, Sn, Zn) diventa più bassofondente e più duro ma più fragile. • Curiosità: l‟uomo di Similaun, vissuto fra il 3350 e il 3100 a.C. e morto a 25-35 anni in primavera-inizio estate sul sentiero verso il Tisenjoch, portava con sé un‟ascia di rame pressoché puro.
- 52. Il rame (Cu):proprietà Numero atomico 29 Peso atomico 63.546 g/mol Reticolo cristallino cfc Densità 8.96 g/cm3 Modulo di elasticità 110 GPa Tensione a rottura Rm 210 MPa Allungamento a rottura 60 % Rapporto di Poisson 0.34 Coefficiente di espansione termica 1.65 × 10-5 /K a 298.15 K Resistività Elettrica 1.67 × 10-8 -m a 293.15 K Temperatura di fusione 1084.62 °C Temperatura di ebollizione 2562 °C Conduttività termica 401 W/m-K da: Efunda, Matweb
- 53. Pepita di ramenativo • Il rame nativo ha poche inclusioni non metalliche, microstruttura a grani grossolani con geminati sottili e allungati. • Il rame estratto ha molte inclusioni di solfuri e microstruttura a grani fini Microstruttura del rame Cu nativo Cu estratto
- 54. Leghe a basedi rame: bronzo arsenicale • Bronzo arsenicale (Cu-As): il bronzo o rame arsenicale contiene fino ad un 7% in peso circa di As, ma esistono anche oggetti con 12-24% As (in superficie). As e Sb si trovano nei minerali cupriferi, quindi almeno inizialmente si è trattato di alligazione accidentale. I vapori ricchi di arsenico (Tb As=613°C, Tb As2O3 = 457 °C) sviluppati durante la produzione di queste leghe (da minerali misti Cu-As o aggiungendo minerali ricchi di As come l‟orpimento, AsS o l‟arsenopirite, FeAsS, al rame) erano molto tossici e nuocevano agli operatori (atrofia muscolare). • Storia: Il rame arsenicale si è diffuso in tutta l‟Europa e il vicino Oriente a partire dal III millennio a.C. ma appare per la prima volta in Iran nel IV millennio a.C.; era usato anche dalle culture precolombiane. Nell‟antico Egitto era impiegato per il vasellame di uso comune. • Proprietà: l‟aggiunta di As in lega fa calare la temperatura di fusione, migliora le proprietà meccaniche ma fa calare la tenacità a frattura se si formano fasi fragili. Fenomeni di segregazione inversa delle fasi bassofondenti ricche in As durante la solidificazione possono dare al bronzo arsenicale un aspetto argentato. INDIETRO
- 55. Lo stagno (Sn) Metallo di Giove • Etimologia: dal nome latino del metallo, stannum; nome greco: kassiteros da una radice transcaucasica (lo Sn veniva dalle montagne al confine del Pamir?). Plinio nella Naturalis Historia lo chiama plumbum candidum o album. Definito dagli alchimisti diabolus metallorum, perché forma con molti metalli (a parte Pb e Au) leghe fragili. • In natura: sotto forma di ossido (cassiterite, SnO2). I principali giacimenti antichi di Sn in Europa erano in Cornovaglia, in Bretagna e Spagna. • Storia: Una lamina di Sn metallico quasi puro è stata rinvenuta nelle fasce di una mummia egiziana del VII sec. a.C.; sempre in Egitto, un anello ed un contenitore in Sn sono stati rinvenuti in una tomba della XVIII dinastia (1580–1350 a.C.) e un braccialetto in Sn, datato al 3000 a.C. circa è stato rinvenuto sull‟isola di Lesbos nell‟Egeo. Cassiterite con piccole particelle di Sn (nero).
- 56. Lo stagno (Sn):proprietà Numero atomico 50 Peso atomico 118.71 g/mol Reticolo cristallino cubico (α), tetragonale (β) sopra 13.2 °C Densità 7.2 g/cm3 (β), 5.76 g/cm3 (α) Modulo di elasticità 41 GPa Tensione a rottura Rm 220 MPa Allungamento a rottura - Coefficiente di espansione termica 2.2 × 10-5 /K a 293.15 K Resistività Elettrica 1.1 × 10-7 -m a 293.15 K Temperatura di fusione 231.9 °C Temperatura di ebollizione 2602 °C Conduttività termica 66.6 W/m-K da: Efunda, Matweb
- 57. Lo stagno (Sn) •Pianto dello stagno (tin cry): una barretta di Sn emette un tipico suono quando viene piegata, dovuto alla formazione di geminati meccanici durante la deformazione plastica. • “Sudore” dello stagno (tin sweat): (macro)segregazione inversa. I reperti in Sn sono relativamente rari: forse a causa del fenomeno del cancro dello stagno? • Cancro dello stagno (tin pest): a temperature inferiori a circa 13 °C si verifica una trasformazione allotropica: lo Sn bianco (tetragonale) si trasforma in Sn grigio (cubico), polverulento (il vol. aumenta del 7%): Sn ( ) Sn ( ) Si formano pustole grigiastre (da non confondere con ossidazione). Pare che la trasformazione parta da difetti nella struttura cristallina e sia favorita da un raffred- damento veloce della lega durante la colata. La vel. di trasf. è max a –50 °C. Il cancro dello stagno è responsabile della degradazione delle canne di facciata negli organi musicali antichi in chiese fredde; secondo alcuni autori ha avuto un ruolo anche nel fallimento della spedizione al Polo Sud di Scott (1911).
- 58. Ritovamenti di stagno:la nave di Uluburun Il relitto rinvenuto e studiato dall‟Institute of Nautical Archaeology's (INA) americano fra il 1984 and 1994 a Uluburun, vicino a Kas nel sud della Turchia, conteneva una delle più ampie raccolte di oggetti della Tarda Età del Bronzo nel Mediterraneo. Il relitto giaceva su una ripida pendice rocciosa ad una profondità di 44-52 m, con oggetti sparsi intorno fino a 61 m di profondità. La nave da carico conteneva soprattutto materie prime, ma anche alcuni oggetti finiti. La maggior parte del carico era costituita da lingotti di rame cipriota per un totale di 10 tonnellate. A bordo erano presenti anche circa 1 tonnellata di lingotti di stagno, i più antichi datati con sicurezza finora. La datazione dendrocronologica di un frammento di legno suggerisce la data del 1306 a.C. per il naufragio. Da: http://ina.tamu.edu/ub_main.htm
- 59. Lingotti ox-hide daUluburun Tipico lingotto ox-hide (Photo: INA). L‟archeologo M. Tilev al lavoro su una delle quattro file di lingotti di stagno(Photo: INA) Lingotto ox-hide di stagno prima della pulitura. Lunghezza massima: 62.5 cm. (Photo: INA)
- 60. Ritrovamenti di materialeper produrre bronzo: la nave di Capo Gelidonya Il relitto rinvenuto nel 1954 a circa 26 m di profondità da un pescatore di spugne turco a capo Gelidonia in Turchia, e studiato dall‟Institute of Nautical Archaeology's (INA) negli anni ‟80, è stato datato al 1200 a.C. (+- 50 anni). La nave contenteva sia lingotti in rame che in stagno, oltre ad attrezzi per la lavorazione del bronzo. Da: http://ina.tamu.edu/capegelidonya.htm Attrezzi in bronzo (con manici moderni) e martelli in pietra. (Photo:INA)
- 61. Leghe a basedi rame: bronzo al piombo • Storia: l‟aggiunta di Pb, evidente a partire dal VIII sec. a.C., migliora la colabilità della lega fusa (pare che la max fluidità sia con 13% Pb) e permette di ottenere per colata in stampo oggetti di forma complessa. L‟aggiunta di Pb è largamente documentata nei bronzi cinesi, dove fino al 500 a.C. non venivano usate altre tecniche di produzione che la colata in stampo, usando stampi in più parti e colate successive (cast-on).. Pb Microstruttura di Moneta fenicio-punica (IV-III sec. a.C.) dalla Sicilia (21% Pb, 4% Sn in peso)
- 62. Leghe a basedi rame: ottone • Etimologia: dall‟aramaico latun, rame. • Storia: lo Zn compare in lega col rame in tenori del 3% in peso circa per la prima volta in bronzi da Cipro e dalla Palestina del 1800-1400 a.C. (alligazione involontaria?). Lo Zn compare anche nei bronzi cinesi (Cu-Sn-Zn) nel 220 a.C.. Il più antico riferimento all‟uso di una lega Cu-Zn si trova in una iscrizione di Khorsabad del periodo di Sargon II (720 a.C.) in cui si descrive una porta di legno rivestita. Il vero e proprio ottone appare in oggetti egiziani del 30 a.C., e si diffonde rapidamente al mondo romano (dove era noto come “oricalco”) a partire dal I sec. d.C. La percentuale di Zn in sesterzi e dupondi coniati da Nerone è di circa 25%, mentre cala a circa 10% in peso sotto Adriano. L‟ottone veniva prodotto in ambiente riducente a partire da minerali di Cu e minerali di Zn come la calamina (Zn(OH)2SiO3) provenienti dalla Frigia (Anatolia). • Colore: con 10-20% di Zn il colore è simile a quello dell‟oro, mentre per tenori di Zn superiori il colore diviene giallo-verdastro per sfumare poi al giallo pallido.. indietro
- 63. L’ oro (Au) Metallo del Sole • Etimologia: dal latino aurum (alba luminosa); gold e le sue varianti nordeuro- pee deriva dalla radice indoeuropea per „giallo‟. • In natura: allo stato metallico in minerali di quarzo (v. leggenda del vello d‟oro; miniere d‟oro della Nubia descritte da Agatarchide di Cnido), spesso con argento (~ 10%) e/o rame (~ 1%), in lega.electron. Raffinazione (metodo con salgemma) a partire dal VII sec. a.C. nel Mediterraneo leghe standardizzate. • Storia: a partire da V millennio a.C. la prima datazione certa; • Caratteristiche: duttile (fili), malleabile (lamina), a bassa durezza (facile da lavorare per deformazione plastica ma soggetto ad usura), inalterabile (usato per dorature). • Curiosità: Perché si usano i carati come unità di misura del contenuto di Au in lega? L‟uso del carato come unità di misura per la composizione delle leghe preziose prende l‟origine dall‟usanza dei mercanti mediorientali di utilizzare i semi di carruba come pesi elementari. Ogni baccello di carruba contiene 24 semi, quindi un carato corrisponde ad 1/24 del peso totale della lega. Da qui la denominazione ‟24 carati‟ per indicare l‟oro puro.
- 64. Leghe preziose abase di oro: Elettro • Elettro: Au si trova nei giacimenti in forma metallica, spesso associato ad un 20-30 % in peso di Ag: l‟elettro è una lega „naturale a base di Au e Ag (5-40%). L‟elettro veniva usato nell‟antico Egitto per le guaine delle dita delle mummie reali, oltre che per ricoprire mura e porte dei templi. Elettro ben cristallizzato (Au-31.47 wt % Ag) su quarzo da Verespatak (ora Rosia Montana), Transylvania, Romania. 2.8 x 3.4 cm.
- 65. Leghe preziose abase di oro: Elettro Le prime monete mai coniate erano in elettro, prodotte in Lidia nel VII e VI sec. a.C. (American Numismatic Society). Osiride risorto, Ventiseiesima Dinastia, 664-525 a.C.; figura in pietra con copricapo in elettro e oro (The Egyptian Museum, Cairo). Pendente in elettro (falco con ali aperte e cobra) decorato con granulazione, dalla nave di Uluburun (Photo: INA).
- 66. Leghe preziose abase di oro: Tumbaga • Tumbaga: lega Au-Ag-Cu (es. 75% Au, 15% Ag, 10%Cu in peso) impiegata soprattutto nel Sud America in età precolombiana. Oggetti in tumbaga venivano prodotti mediante colata a cera persa, e sulla loro superficie venivano effettuati trattamenti di doratura Indiani Tairona, tre rane in lega d‟oro Tumbaga, Cultura Tairona (1000-1300 d.C.) Colombia, Sud America
- 67. L’ argento (Ag) Metallo di Diana o della Luna • Etimologia: dal greco argós, chiaro, brillante. • In natura: sia allo stato nativo che come impurezza in minerali a base di piombo (PbS, galena argentifera) o di rame. Raffinazione mediante cupellazione (vedi anche piombo) a partire dal III millennio a.C. nel Ponto. • Caratteristiche: duttile (fili), malleabile (lamina), a bassa durezza (facile da lavorare per deformazione plastica ma soggetto ad usura) • Resistenza a corrosione: bassa; l‟argento è spesso in lega col rame, che in aria si trasforma in solfuro o ossido (di colore bruno in entrambi i casi) o carbonato basico (verde). • Curiosità: gli antichi Egizi credevano che le ossa degli dei fossero d‟argento e la loro carne fosse d‟oro.
- 68. L’ argento (Ag):proprietà Numero atomico 47 Peso atomico 107.8682 g/mol Reticolo cristallino cfc Densità 10.5 g/cm3 Modulo di elasticità 75.8 GPa Tensione a rottura Rm 140 MPa Allungamento a rottura - Rapporto di Poisson 0.37 Coefficiente di espansione termica 1.89 × 10-5 /K a 298.15 K Resistività Elettrica 1.59 × 10-8 -m a 293.15 K Temperatura di fusione 961.78 °C Temperatura di ebollizione 2162 °C Conduttività termica 429 W/m-K da: Efunda, Matweb
- 69. Il piombo (Pb) Metallo di Saturno • Etimologia: dal latino plumbum, pesante. Nome greco:molybdos (?). Plinio nella Naturalis Historia lo chiama plumbum nigrum. • In natura: sotto forma di minerale galena (PbS) o cerussite (PbCO3). Veniva recuperato dagli scarti dei processi di coppellazione. • Storia: I più antichi reperti di Pb risalgono al VI millennio a.C. dalla Mesopotamia settentrionale (Yarim Tepe I e Jarmo). I Fenici sfruttavano le miniere di Rio Tinto in Spagna nel 2300 a.C. e i cinesi coniavano monete in piombo nel 2000 a.C.. • Caratteristiche: duttile (fili), malleabile (lamina), a bassa durezza (facile da lavorare per deformazione plastica ma soggetto ad usura). Ricristallizza a T< Tamb (in 6 minuti a 17°C) quindi non è soggetto a incrudimento. • Resistenza a corrosione: bassa in ambienti contenenti acidi organici; si passiva in acido solforico o nitrico concentrato. • Curiosità: si ritiene il Pb responsabile della caduta dell‟impero romano, dell‟aumento nell‟uso delle parrucche nell‟età elisabettiana e del cambiamento di stile pittorico di F.Goya. NB: solfuri di Pb nel khol per occhi.
- 70. Il piombo (Pb):proprietà Bottiglia portaprofumi romana in Pb Numero atomico 82 Peso atomico 207.2 g/mol Reticolo cristallino cfc Densità 11.34 g/cm3 Modulo di elasticità 14 GPa Tensione a rottura Rm 18 MPa Allungamento a rottura - Rapporto di Poisson 0.42 Coefficiente di espansione termica 2.9 × 10-5 /K a 293.15 K Resistività Elettrica 2.07 × 10-7 -m a 293.15 K Temperatura di fusione 327.42 °C Temperatura di ebollizione 1740 ± 10 °C Conduttività termica 33 W/m-K da: Efunda, Matweb
- 71. Il processo siderurgicorimase praticamente inalterato fino al 1300 d.C., ma si scoprono i trattamenti termici e termochimici: •cementazione •tempra •rinvenimento
- 72. 1300 d.C.: primi altoforni con soffiaggio idraulico Produzione di ghisa, pig iron) Problema dell’raffinazione della ghisa 1457 d.C.: Introduzione della siderurgia in Inghilterra Tentativi di impiego dei carboni fossili Problema dello zolfo
- 73. 1735 Distillazione del carbone fossile e produzione di coke Abramo Darby è il primo ad utilizzare il coke per produrre acciaio 1769 J. Watt introduce le macchine a vapore in siderurgia
- 74. Iron Bridge inShropshire Abraham Darby commissioned this painting by William Williams in 1780 to promote the Bridge. The Bridge was opened to traffic on 1st January 1781. Abraham Darby III promoted the Bridge by commissioning paintings and engravings
- 75. Primo periodo dellaRivoluzione industriale (1650-1780) nuovi brevetti inglesi (circa 100 all’anno dal 1650 al 1750; oltre 450 nel 1780). 1689 macchina a vapore di Thomas Savery per drenare l’acqua dalle miniere 1705 macchina a vapore di Thomas Newcomen, applicata a una pompa per le miniere 1709 Darby utilizza il carbon coke 1733 navetta volante di Kay 1764 filatoio multiplo meccanico (jenny) di James Hargreaves 1765 prima macchina a vapore di James Watt: ne risulta il moto circolare di un asse 1769 telaio idraulico di Richard Arkwright 1774 primi utilizzi industriali della macchina a vapore 1779 macchina filatrice (mule) di Crompton 1784 nuove tecniche di fonderia di Henry Cort 1785 telaio meccanico di Edmund Cartwright che sfrutta l’energia motrice del vapore
- 76. 1784 Brevetto diH. Cort del forno a riverbero
- 77. 1856 H. BESSEMER inventa il convertitore Soffiaggio con aria
- 78.
- 79.
- 80. acciai inossidabili (1913) H. Brearly 1925 – Primo 1950- componenti in radiatore in inox inox della Rover indietro
- 81. Dizionario di metallurgiae non metallurgia metalli nativi = reperibili allo stato puro, e non solo in minerali Riduzione = allontanamento dell’ossigeno. (acquistare elettroni) Ossidazione= legarsi con ossigeno (cedere elettroni) Corrosione= tendenza ad ossidarsi carburazione = arricchimento in C •cementazione (carburazione superficiale, per contatto con il carbone durante il riscaldamento necessario per continuare a deformare il metallo) tempra (raffreddamento veloce dopo carburazione, ottenendo un metallo duro ma fragile) rinvenimento (riscaldamento dopo la tempra contro l’infragilimento) Raffinazione: trasformazione della ghisa in acciaio