breve storia dei metalli

1. I metalli nell’antichità
IL SIGNOR W E LA PENTOLA
OVVERO
NON È SOLO ORO QUELLO CHE LUCCICA

2. La signora W ha 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 non proprio
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 di approfondire
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 W rimase 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 dei metalli Simboli alchemici dei metalli
Pb
Sn
Fe
Au
Cu
Hg
Ag

8. Diede poi uno sguardo
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 of B.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 escludono le 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 W fece 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 leghe non 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 considerazioni il 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 il rame 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 W fece 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 la conseguente
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
nacque la
metallurgia?

20. Il signor W si 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 ricostruì per 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 avessimo acquisito 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 almeno 4000 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 punto il 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 fondendo in 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 primo fonditore 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, commercianti di 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 dello stagno
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 punto il 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 riuscire a 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 complesse Fe/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
metallografica ed attacco
chimico le octaedriti
mostrano la microstruttura
di Widmanstätten

35. La presenza della struttura di
Widmanstätten di cui rimane
traccia nei manufatti, permette di
distinguere fra il ferro meteoritico e
quello estratto

36. Origine della Metallurgia del 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 ormai esperto 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. I forni a L

40. Il mantice

41. La carbonaia

42. Carbone
di legna Vagliatura e
deposito
miniera
Basso fuoco
Ricostruzione di
un sito
metallurgico
Basso fuoco con
mantici

43. Vista l’importanza
attuale del ferro 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 punto il 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 signor W veniva in mente
una sola parola per definire tutto
questo
chimica

46. E così il signor 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
•Walter Nicodemi, 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 rame nativo
• 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 base di 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.
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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 da Uluburun
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 materiale per 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 base di 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 base di 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 a base 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 a base 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 a base 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 siderurgico rimase 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 in Shropshire
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 della Rivoluzione 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 di H. Cort del forno a
riverbero

77. 1856
H. BESSEMER inventa il
convertitore
Soffiaggio con
aria

78. Altiforni moderni

79. Forni elettrici

80. acciai inossidabili
(1913)
H. Brearly
1925 – Primo 1950- componenti in
radiatore in inox inox della Rover
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81. Dizionario di metallurgia e 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