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Bronzo- chimicamo

Bronzo

  |   Chimica, Chimica Generale

Il bronzo è la prima lega metallica conosciuta dall’umanità utilizzata per forgiare armi e utensili. Questa lega fu usata al posto del rame che, per la sua fragilità, era poco adatto a questi scopi.

Sebbene siano stati rinvenuti reperti in bronzo risalenti a circa 7000 anni fa in Medio Oriente e in Cina l’età del bronzo in Europa inizia nel 3500 a.C.

Il bronzo fu largamente utilizzato per la realizzazione di opere d’arte come i bronzi di Riace, la statua di Zeus e l’auriga di Delfi che hanno sfidato i secoli giungendo fino a noi.

Simbolo di maestosità, regalità e durevolezza è citato da Orazio in cui il poeta ricorda di aver compiuto un’opera che gli anni non scalfiranno:

Exegi monumentum aere perennius.” (Ho innalzato un monumento più duraturo del bronzo).

Fregi artistici utilizzati in mobili di lusso a partire dal ‘700 venivano utilizzati in bronzo dorato al mercurio: l’oggetto da dorare veniva spruzzato con acido nitrico e successivamente bagnato con un composto di doratura costituito da oro e mercurio e posto in forno dove il mercurio evapora e l’oro rimane applicato sulla superficie.

Composizione

Il bronzo è una lega ramestagno ma può contenere altre specie come manganese, alluminio, nichel, fosforo, silicio, arsenico e zinco.

Attualmente il bronzo è generalmente costituito dall’88% di rame e dal 12% di stagno. A seconda degli utilizzi, la composizione varia sia per quanto attiene il tenore dei due principali elementi sia per l’aggiunta di altri.

Sulla base dei componenti presenti il bronzo presenta caratteristiche peculiari che ne differenziano i campi di impiego.

In campo industriale si realizzano infatti dalle boccole ai bronzini, apparecchi idraulici, cuscinetti, ingranaggi, ruote dentate fino a componenti per l’arredamento.

Lo stagno conferisce durezza e in lega con il rame ne diminuisce la tipica malleabilità infatti leghe con un maggior tenore di stagno sono più dure ma meno malleabili.

La durezza del bronzo è dovuta al fatto che il rame e lo stagno presentano raggi atomici di dimensioni simili quindi il bronzo è una lega di sostituzione.  Poiché nelle leghe di sostituzione sussistono sia pur lievi differenze di dimensioni e di struttura elettronica, gli atomi del soluto ovvero dello stagno distorcono la forma del reticolo e ostacolano il flusso degli elettroni. La distorsione del reticolo rende più difficile lo scorrimento dei piani atomici. Di conseguenza, mentre godrà di minore conduttività termica ed elettrica, la lega di sostituzione sarà più dura e più forte.

Da un punto di vista chimico la superficie del bronzo tende a corrodersi. Esso tuttavia mostra una buona resistenza a atmosfere industriali e marine e se opportunamente rivestito anche ad acidi deboli.

E’ invece scarsamente resistente a composti come ammoniaca, cianuri ed è sensibile all’inquinamento urbano. La presenza di sostanze chimiche nell’atmosfera come ossidi di azoto e composti contenenti zolfo costituiscono infatti una delle maggiori cause di deterioramento.

Corrosione

La corrosione del bronzo procede a stadi influenzati dalla composizione della lega, dalle condizioni atmosferiche e da eventuali trattamenti protettivi fatti preventivamente sul bronzo. Nella prima fase avviene l’ossidazione del rame con formazione di un film sottile costituito prevalentemente da ossido di rame. Esso  tuttavia può fungere da barriera protettiva nei confronti di agenti chimici. La presenza di solfuri, tuttavia, altera la composizione del film protettivo danneggiandolo.

Nella seconda fase avviene sulla superficie esposta la formazione di solfato di rame di colore verde mentre nella terza i composti formatisi in superficie subiscono ulteriori reazioni con formazione di una crosta vera e propria di colore nero. Successivamente queste reazioni avvengono anche al di sotto della superficie accelerate dalla presenza di cloruri e nell’ultima fase vi è la conversione di tutta la superficie con formazione di una crosta blu che presenta fessure e porosità che favoriscono il procedere della corrosione.

La malattia del bronzo che colpisce antichi manufatti è dovuta principalmente al cloruro di rame (I). Questo  a contatto con l’ossigeno e l’umidità si trasforma producendo HCl che attacca il bronzo producendo così un processo ciclico nuovamente cloruro di rame (I).

A dispetto di quanto si riteneva il bronzo pur dotato di caratteristiche peculiari non è poi così duraturo. Certamente Orazio non poteva conoscere la chimica e tantomeno i danni da inquinamento ambientale.

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