Riassunto- i metalli nel mondo antico modifica PDF

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descrizione delle tecniche riguardanti la metallurgia e la sua evoluzione. ...

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Riassunto di: I Metalli Nel Mondo Antico Capitolo primo. Un’introduzione allo studio dei metalli 1. La disponibilità di metallo nell’antichità Oggi siamo assuefatti dalla presenza costante e continua dei metalli nella nostra vita quotidiana. Molti dei metalli che oggi sono usuali non erano presenti nel mondo antico, mentre venivano impiegati altri metalli nel più facili da ottenere come lo zinco o il rame, o altri impiegati in lega. Il metallo veniva generalmente impiegato nella realizzazione di vasellame, strumenti o altri oggetti (se ritenuto necessario o per motivi di prestigio), in alternativa si risparmiava l’utilizzo per sostituirlo con altri materiali più a buon mercato. L’utilizzo del rame con il passare dei secoli ha visto un incremento nella produzione, dai 4 milioni di tonnellate prodotti fino al XIX secolo, ad un incremento esponenziale produttivo che nella prima metà del Novecento vedeva numeri oltre ai 60 milioni di tonnellate. Le principale aree di produzione di rame sono nelle Americhe e Africa centrale, in parte nelle regioni degli Urali e del Kazakistan. 1i

1 Guardare Tabella 1

iGuardare Figura 1

2. I metalli e la periodizzazione della storia La scoperta dei metalli e delle tecnologie per estrarli costituisce uno degli eventi cruciali della storia dell’uomo. L’avvento del metallo permise di disporre di un materiale di elevata efficienza , assai più resistente dell’osso, del legno, e persino della pietra. Consentì inoltre nuove e più durevoli forme di accumulazione dei beni, favorendo la concentrazione della ricchezza e da qui la stratificazione sociale. Già gli antichi avevano intuito come l’introduzione dei metalli costituisse un fondamentale elemento di distinzione fra i diversi momenti dello sviluppo umano, non solo da un punto di vista tecnologico ma anche da quello socio-culturale. Scrittori già a partire dal VIII- inizi VII secolo a.C. scrivono di come i metalli abbiano disegnato lo sviluppo “dell’età dell’uomo” , così come scrissero in seguito altri poeti, dai romani ai cinesi, seguendo entrambi la stessa linea sulla storia dell’umanità, suddividendola in tre periodi: - Dell’Osso - Del Bronzo - Del Ferro Nella prima metà dell’Ottocento gli studi archeologici, geologici e antropologici indussero C.J. Thomsen ad articolare la cultura materiale pre-protostorica in tre età, sulla base del materiale con cui erano fatti i manufatti, ponendo così le basi della cultura moderna. In seguito il sistema di Thomsen subì vari perfezionamenti, come l’introduzione dell’età del Rame tra l’età della Pietra e del Bronzo. L’evoluzione della metallurgia ha comportato una serie di trasformazioni nell’assetto economico e nella struttura socioculturale delle comunità. Per approvvigionarsi dei metalli, i metallurghi del tempo decisero di intraprendere lunghi e pericolosi viaggi, sia per una questione di offerta dei loro prodotti sia per trovare nuove aree minerarie da poter sfruttare. Tutto ciò diede inizio a dei rapporti di scambio fra popolazioni e culture diverse. Per la gran parte del II millennio a.C. abbiamo intensi traffici trans-marini poiché i metallurghi erano pressati dalle insistenti richieste dei ricchi e potenti stati Vicino-Oriente dell’Età del Bronzo. La presenza di giacimenti metalliferi ha inoltre influito sullo sviluppo di alcune regioni, quali L’Etruria e la Sardegna Nuragica, nonché sulla dislocazione degli insediamenti, spesso sorti in aree minerarie o in luoghi di scambio delle materie prime.

3. L’origine della metallurgia : migrazioni-diffusionisti e fautori dello sviluppo indipendente L’origine della metallurgia nel mondo antico rappresenta un problema ancora controverso. A tal proposito ci sono delle supposizioni, si suppone che sia stata inventata nel vicino-oriente e poi diffusasi verso l’Europa, concetto riassunto nella massima Ex Oriente LUX, ipotizza che la metallurgia , sviluppatasi in ambito vicino-orientale avrebbe raggiunto poi tramite la costa Anatolica e l’Egeo, i Balcani e da qui l’Europa centrale. Ipotesi sostenuta in seguito anche da Vere Gordon Childe solo le economie di villaggi molto popolati potevano affrontare un tale onere, che ne escludeva pertanto le comunità europee dove la popolazione era meno concentrata. Le culture preistoriche europee, non si sarebbero limitate ad accogliere passivamente le scoperte orientali, ma le avrebbero sviluppate apportando considerevoli innovazioni. Su un piano più strettamente tecnologico, Theodore Wertime, ha sottolineato l’esistenza di una coerenza interna nell’insieme della piro-tecnologia sviluppatasi in un area comprendente Anatolia, Siria, Egitto, Mesopotamia e Iran. Attestazioni archeologiche rilevano che nell’Asia sud-occidentale ( fine V-IV millennio a.C) di estrazione di rame e di piombo, e della produzione di invetriature: queste popolazioni avrebbero appreso sperimentalmente come gestire forni a elevate temperature, così da estrarre il metallo dal minerale, da verificare i prodotti ceramici e da produrre il vetro. Diffusosi poi nel resto delle regioni esterne. Altre teorie invece sostengono ricostruzioni diverse, con l’esistenza di poli indipendenti dove la metallurgia si sarebbe sviluppata in tempi diversi. La principale obiezione che viene mossa da i diffusionisti a tale ipotesi risiede nella convinzione di fondo che la scoperta dell’arte di riconoscere i metalli, sia il risultato finale di un difficile e confuso processo di apprendimento, troppo complesso perché possa ripetersi più volte. Non si può però escludere che in aree ricche di minerali,

culture di tipo tardo neolitico abbiano potuto sperimentalmente effettuare dei processi di estrazione fusoria. Come sicuramente in altri casi sarà stato diffuso tramite scambi culturali. Sembra difficile escludere uno sviluppo indipendente per la metallurgia del continente americano, sebbene al quanto più tarda dal resto del mondo antico. C. Renfrew ha sostenuto l’idea che nei Balcani si fosse sviluppata una metallurgia locale indipendente da influssi orientali. Un’ origine autonoma è stata ipotizzata per la metallurgia iberica. Le prime manifestazioni certe di metallurgia in Italia provengono da contesti tardoneolitici. Sono state formulate varie ipotesi sulla diffusione della metallurgia nella penisola:  Italia nord-orientale raggiunta dalle conoscenze dell’Europa centrale attraverso le Alpi  Versante Tirrenico si ipotizzano due tesi: 1. SvizzeraLiguriaCorsicaSardegna 2. SardegnaCorsicaLiguria 

L’Italia meridionale invece ha avuto influenze dall’Est europeo attraverso l’Adriatico o tramite scambi con l’area abruzzese.

4.i primi metallurghi Nelle società neolitiche ogni individuo era impiegato nella produzione del fabbisogno alimentare. Con la metallurgia nacque una nuova figura che era affrancata dalla seguente logica: le complessità delle conoscenze necessarie alla produzione del metallo, si necessitò di uno specialista, dedito all’attività a tempo pieno. Costui non potendo procacciarsi il cibo per la sua sopravvivenza diventò compito della comunità che lo ospitava, ed egli in cambio offriva i suoi prodotti d’arte. Qualora le risorse del suo villaggio non fossero sufficienti, il metallurgo si spostava da un villaggio all’altro. L’apprendistato era disciplinato da rigidi regolamenti, tanto da creare dei gruppi di pochi iniziati, spesso a partire dall’infanzia, nella maggior parte dei casi la disciplina era tramandata da padre in figlio, o da maestro e apprendista. Il tutto era accompagnato da rituali iniziatici e avvolti nel mistero, così spingendo le varie culture a mettere radice nelle credenze popolari e mitologiche che si tramanderanno nelle culture successive, come nel caso della mitologia greca, in cui si fa riferimento ad Efesto che forgiava per Zeus. Essere in possesso di manufatti metallurgici garantiva alla comunità non solo l’efficacia di strumenti da lavoro (di uso quotidiano) ma anche ad un miglior rifornimento bellico. Sin dall’Eneolitico la presenza di metallo nelle tombe era intesa a sottolineare il rango elevato del defunto. Fra la fine del Neolitico ed il Bronzo antico in ambito Europeo si trova un certo numero di sepolture di metallurghi identificabili dalla presenza del corredo di elementi legati sia all’attività fusoria/ di martellatura. Esse sono diffuse in un areale ampio:  Europa centrale : Cecoslovacchia, Germania, Paesi Bassi  Europa orientale: Russia, Ucraina  Europa occidentale: Francia  Europa mediterranea: Spagna, Sardegna. Vi è però l’assenza di lingotti o di oggetti di valore economico. Queste tombe sono inserite all’interno di necropoli, come ad esempio accade nel sepolcreto di Anghelo Ruju di Alghero, elementi riferibili all’Eneolitico. Esse indicano quale valore ed importanza avesse il metallurgo per le società dell’epoca, e come in realtà esso non fosse un personaggio emarginato dalla società, ma piuttosto temuti e rispettati per l’aura di misteriosa sacralità che alleggiava intorno alla loro figura e attività. Tale situazione tenderà ad attenuarsi in seguito.

Capitolo secondo. I metalli e le leghe: caratteristiche

1. Diffusione dei metalli sulla crosta terrestre I metalli sono presenti in quantità scarsa sulla crosta terrestre, elementi attestati in percentuali superiori al 2% sono essenzialmente quelli a basso peso atomico. Ad eccezione del ferro, alluminio e del magnesio, le concentrazioni medie degli elementi di interesse metallurgico sono assai deboli. Anche per quanto riguarda i metalli comuni senza i processi di arricchimento locali sarebbero molto rari.

2. I metalli e le leghe 2.1I METALLI Son o detti elementi, cioè sostanze semplici costituite da atomi identici. Gli elementi son o classificati in base al loro peso atomico nel sistema periodico. Il sistema periodico è una tabella d ivisa in Righe, PERIODI, e in colonne, GRUPPI. Gli elementi all’interno di ciascun gruppo hanno proprietà chimiche e fisiche simili, possiedono la medesima configurazione elettronica esterna, di 110 elementi, l’86% ha carattere metallico. I metalli a densità elevata si trovano al centro della tabella: sul lato sinistro troviamo quelli con più alte temperature di fusione ed a destra troviamo i basso-fondenti. Al centro , in alto, metalli con spiccate caratteristiche magnetiche. Un ’importante proprietà dei metalli che li accomuna è quella di avere un punto di fusione che li caratterizza, passaggio da stato solido  stato liquido.

2.2 LE LEGHE. Per lega si intende un prodotto dalla combinazione di più elementi : -

Metallo  metallo: ottone (rame+zinco), Metallo  non metallo: acciaio (ferro + carbonio)

Si possono definire Binarie, ternarie, ecc. in base ai suoi componenti. Le leghe hanno caratteristiche metalliche e proprietà diverse da i metalli che lo compongono. Per definire le leghe è necessario determinare: la composizione, i componenti e le loro proporzioni. Si ricorre nella pratica metallurgica alla percentuale in peso , indicando così quanti grammi di un dato componente sono presenti in 100g di lega. È usata anche la concentrazione atomica, il rapporto esistente fra gli atomi di un dato elemento contenuti in una lega e l’insieme degli atomi della stessa. Nelle leghe il passaggio dallo stato solido a quello liquido avviene entro una gamma più o meno ampia di temperature legata alla sua composizione.

3. Proprietà fisiche, chimiche e meccaniche Grazie alle caratteristiche metalliche l’uomo sin da un momento molto antico è stato in grado di riconoscere e distinguere questi materiali, ricercandoli per i suoi scopi.

3.1 PROPRIETÀ FISICHE. Un carattere evidente ed immediato è che i metalli sono opachi e riflettono la luce, lucentezza metallica. Essi sono solidi a temperature ambiente, eccezione fatta dal mercurio che solidifica a -38,4°C; anche il

gallio ed il cesio liquefano a temperature relativamente basse, rispettivamente a 29,8°C e 28,5°C. I diagrammi di stato descrivono le relazioni di mutua solubilità dei componenti di una lega, in rapporto alle proporzioni reciproche e alla temperatura. La densità è il rapporto tra massa e volume di un corpo. I metalli hanno densità variabili che vanno da valori inferiori all’unità sino a oltre 22gcm ³, ma sono comunque più densi dei non metalli. La loro densità è minore allo stato liquido ma aumenta il loro volume totale, salvo rare eccezioni. Questa caratteristica fusoria doveva essere ben nota anche agli antichi metallurghi. I metalli sottoposti a calore si dilatano. Si esprime con il coefficiente medio di dilatazione termica lineare :(Δl = λ · l0 · ΔT ), allungamento che una barra subisce mediamente entro un dato intervallo di temperatura. I metalli sono dotati di una buona conducibilità elettrica e termica. Le leghe hanno perlopiù conducibilità termica piuttosto basta. La resistività elettrica cresce con l’aumentare della temperatura. I metalli possono subire una magnetizzazione di intensità variabile.

3.2 PROPRIETÀ CHIMICHE I metalli sono elementi elettro positivi: hanno un basso potenziale di ionizzazione. Reagiscono con l’ossigeno formando degli ossidi. Combinati con l’acqua danno le basi, i metalli hanno proprietà basiche. La corrosione dipende sia dall’agente esterno che dal metallo ed è influenzata da diverse variabili come temperatura, concentrazione ecc. ecc.. I metalli attaccati da gli acidi inorganici formano Sali, e dagli alcali caustici, producendo idrossidi. Nonostante i vari processi estrattivi i metalli tendono tramite il processo di corrosione di tornare allo stadio di minerale. Quando due metalli diversi, a contatto tra loro, sono immersi in un liquido salino, si manifesta la corrosione galvanica o elettrolitica. Guardare Tabella 3

3.3 PROPRIETÀ MECCANICA I metalli si distinguono per la loro reazione agli sforzi meccanici. Nessun materiale possiede la parità di durezza, e pari tenacia dei metalli. È una delle caratteristiche che si pensa abbia spinto l’uomo preistorico di sostituire gli utensili e le armi litiche con prodotti metallurgici. -

La durezza dei metalli è variabile. In genere i più duri sono quelli con il punto di fusione più elevato. Malleabilità: i metalli si possono trasformare in fogli sottili esercitando una compressione ,tramite la martellatura. Duttili: ridotti in fili quando si sottopongono a uno sforzo tensorio. Incrudimento: durante la deformazione plastica tendono ad indurire.

Se dopo la lavorazione subiscono un riscaldamento sufficientemente ad alta temperature “ricottura” ritornano più morbidi: -

Ricristallizzazione: essa è legata alla composizione del metallo o della lega sia alla deformazione subita.

Capitolo terzo. Struttura dei metalli, metallografia e tecniche di indagine

1. la struttura interatomica dei metalli Le proprietà chimiche sono legate alla struttura dell’atomo e alla configurazione degli elettroni che orbitano intorno al nucleo, quelle fisiche e meccaniche sono connesse con le modalità con cui si aggregano fra loro i vari atomi. Le particolari caratteristiche e la loro conduttività vengono spiegate dalla teoria delle bande. I livelli energetici degli elettroni delle orbite più esterne sono ravvicinati , formando delle bande. I solidi cristallini presentano una banda di conduzione, dove gli elettroni possono più o meno muoversi liberamente nel cristallo , e una banda di valenza, dove gli elettroni con livelli energetici simili, senza mobilità nel cristallo. La caratterizzazione di un materiale può non solo essere effettuata sulla base della sua composizione ma anche di misure, come la conducibilità o la conduzione di calore, distinzione dei metalli sulla base della teoria delle bande. Una teoria più tradizionale fa ricorso al cosiddetto legame metallico. Lo stato solido si caratterizza per una grande compattezza, di cui le forze interatomiche inibiscono il movimento dei singoli atomi. Nei metalli, i loro elettroni tendono a separarsi dall’atomo originario; si trasforma in una particella elettricamente positiva. Gli elettroni liberi formano così una sorta di “gas elettronico” negativo che circonda e lega il reticolo di ioni positivi.

2. Struttura cristallina dei metalli e delle leghe 2.1METALLI Gli atomi dei metalli sono disposti nel reticolo cristallino. Esso è costituito dalla riunione di molte unità, o celle elementari, figure di forme regolari che aggregano un limitato numero di atomi. Le celle elementari della maggior parte dei metalli sono dei sistemi cubici: - Sistema cubico a facce centrate (c.f.c.) - Sistema cubico a corpo centrato (c.c.c.) - Sistema esagonale, varietà esagonale compatto (es. comp.) In molti metalli comuni- Rame, argento, oro, nichel e piombo- gli atomi sono disposti secondo il sistema c.f.c. . Tale reticolo ha una struttura assai compatta e regolare, con piani di scorrimento ben definiti: i metalli che cristallizzano così sono molto deformabili, duttili e malleabili e sono dei buoni conduttori sia di calore che di elettricità. Nel sistema c.c.c. si ha un atomo ad ogni angolo e uno al centro del cubo, strutturalmente meno compatto, i metalli – Ferro e Cromo – sono maggiormente resistenti alla deformazione e più elevato è il punto di fusione. Il grado di compattezza dei metalli che cristallizzano secondo il sistema es. comp. – Zinco – è intermedio. Altri metalli infine appartengono a sistemi diversi, come il Romboedrico – Mercurio, arsenico – e il Tetragonale a corpo centrato – stagno ordinario - .

2.2LEGHE In un solido un’allegante o soluto al reticolo cristallino costituito da un dato solvente composta da atomi di specie diversa può o una soluzione di sostituzione oppure una soluzione interstiziale. La scelta va in base alle dimensioni relative dei due tipi di atomi. Soluzione di sostituzione  Atomi del soluto e del solvente sono simili fra loro – bronzo e ottone - . Soluzione interstiziale gli atomi del soluto sono molto più piccoli di quelli del solvente – Ferro/Carbonio – raggio atomico ridotto.

3. meccanismi di deformazione Se si esercita uno sforzo di limitata intensità su un metallo una volta cessata l’attività questo tornerà alla sua forma originale: deformazione plastica. Se invece si esercita uno sforzo di maggiore intensità questo assumerà nuove forme e dimensioni diverse da quelle iniziali. La spiegazione di questa proprietà risiede nel comportamento dei singoli cristalli metallici sottoposti a deformazione plastica. L’incrudimento consiste

nell’aumento dello sforzo necessario a incrementare la deformazione, man mano che questa progredisce.

4. microstruttura dei manufatti metallici 4.1 GRANI E DENDRITI: MICROSTRUTTURA DI UN GETTO DI FUSIONE I metalli e le leghe al di sopra di una certa temperatura liquefano. All’opposto durante il raffreddamento gli atomi si riavvicinano e si ristabilisce il reticolo. Nella massa liquida dei microcristalli costituiti da aggregati di atomi disposti secondo il reticolo cristallino (Germi) . In una massa liquida vi sono numerosissimi germi, questi durante la loro crescita entrano in contatto fra loro. Sono dette bordi o contorni le superfici di contatto irregolari, dei singoli cristalli, chiamati grani cristallini o grani. Le dimensioni dei grani sono in rapporto al numero di germi nella massa fusa. I germi dipendono da diversi fattori, quali la temperatura iniziale del liquido, la velocità di raffreddamento, la presenza di impurità. In particolare più veloce è il raffreddamento della colata, più i grani sono numerosi e piccoli. Se il raffreddamento è sufficientemente lento, si crea la struttura chiama dendrite. Nel caso delle leghe, durante il raffreddamento avvengono dei fenomeni di segregazione nei loro componenti. L’esame metallografico di un oggetto fuso che non abbia subito alcun processo di lavorazione evidenzierà una diversa struttura a seconda che esso sia stato prodotto con un metallo puro (grani) o con una lega (dendriti). In un reperto antico tali strutture dimostrano come essi siano un getto di fusione.

4.2

MICROSTRUTTURA DI UN METALLO LAVORATO

I manufatti metallici vengono sottoposti a vari trattamenti meccanici che incidono sulla loro durezza o fragilità e quindi anche sulla loro forma; tra le più comuni troviamo: la martellatura, ...