STEP #26: LA CHIMICA E GLI STRUMENTI SCIENTIFICI
LA CHIMICA E GLI STRUMENTI SCIENTIFICI
Ciò che collega sicuramente l’ordinatografo alla chimica sono proprio i materiali adoperati per la sua realizzazione. Esso infatti è composto da ottone ed acciaio, due leghe molto comuni negli strumenti scientifici e presenti quotidianamente negli oggetti della vita quotidiana.
OTTONE:
L'ottone è una lega ossidabile formata da rame (Cu) e zinco (Zn), simile all'oricalco. Bisogna distinguere tra ottoni binari, costituiti da rame e zinco, ottoni ternari in cui è presente un terzo elemento chimico caratterizzante la lega e ottoni quaternari in cui sono presenti altri elementi chimici. La quantità presente e variabile di zinco determina le proprietà come la resistenza meccanica, il colore, la lavorabilità all’utensile, la duttilità, la conduzione di elettricità e calore, la resistenza all’abrasione e alla corrosione.
Vi sono numerose caratteristiche dell’ottone variabili in funzione della quantità e soprattutto della presenza di determinati elementi chimici. La prima caratteristica variabile è sicuramente il colore, infatti il giallo è il classico colore dell’ottone ma non è l’unico. Se si aggiunge l’1% di manganese, una volta esposto agli elementi acquisirà un colore marrone cioccolato. Una lega con il 10% di zinco è chiamata similoro, per la sua tonalità e brillantezza simile all’oro. Un’altra lega spesso impiegato nei serramenti, viene comunemente chiamata “bronzo architettonico”, perché richiama il bronzo.
Altra fondamentale caratteristica dell’ottone è certamente l’antibattericità. Il rame e le sue leghe come l’ottone vengono impiegati nella produzione di oggetti che vengono toccati di frequente (come rubinetti, maniglie e corrimano), perché sono materiali antibatterici. Così, i batteri patogeni che si depositano sopra di essi vengono eliminati in brevissimo tempo.
Ottone
ACCIAIO:
L’acciaio è utilizzato da oltre 3000 anni e rappresenta una lega composta da ferro e carbonio (compreso tra lo 0,1 e l’1,8%) ed a differenza della ghisa risulta molto più malleabile e lavorabile sia a freddo che a caldo. Grazie alle sue proprietà estremamente duttili e versatili l’acciaio viene utilizzato in diversi campi come trasporti, costruzioni, elettronica, settore domestico, industria meccanica e manifatturiera, industria chimica e petrolchimica ecc. Con l’aumentare del tenore di carbonio l’acciaio diventa più resistente alla compressione ed alla trazione. In tal modo è possibile conferire le caratteristiche desiderate all’acciaio così da impiegarlo in vari campi di applicazione.
Le caratteristiche e le proprietà dell’acciaio si presentano variabili e dipendenti dal tipo di trattamento termico fornito. Tra i principali trattamenti termici dell’acciaio c’è la tempra che riscalda il metallo fino a 760-870° per poi raffreddarlo velocemente in acqua ed olio. Il veloce raffreddamento conferisce durezza ma allo stesso tempo crea deformazioni e tensioni interne nel metallo rendendolo più fragile. Tale difetto si può risolvere con la tecnica del rinvenimento che riscalda nuovamente l’acciaio ad una temperatura più bassa per poi raffreddarlo velocemente. Tale procedimento, chiamato bonifica, diminuisce la durezza e la resistenza dell’acciaio aumentandone la duttilità.
Altri trattamenti sono la ricottura, la normalizzazione e la cementazione.
La ricottura elimina tutti gli effetti della tempra e conferisce all’acciaio un’elevata malleabilità ed omogeneità. In tal caso il metallo viene riscaldato nuovamente ad una temperatura più bassa per poi essere riscaldato a temperatura ambiente più lentamente. La normalizzazione prevede il riscaldamento dell’acciaio ad una temperatura più bassa lasciandolo poi raffreddare in aria. Tale processo elimina le tensioni interne e rende più omogenea la struttura dei getti di fusione. Infine con la cementazione e la nitrurazione vengono induriti superficialmente i pezzi del metallo, mantenendo l’interno inalterato.
Acciaio
LE LEGHE:
Ciò che quindi accomuna questi due elementi chimici complessi è proprio l’essere una lega chimica. Una lega è una combinazione in soluzione o in miscela di due o più elementi di cui almeno uno è un metallo, e il cui materiale risultante ha proprietà metalliche differenti da quelle dei relativi componenti. Una lega con due componenti è denominata "binaria"; una con tre è una lega ternaria e una con quattro è una lega quaternaria.
Proprietà delle leghe metalliche:
Le leghe metalliche hanno proprietà chimiche e fisiche molto diverse, talvolta in modo rilevante, rispetto a quelle del metallo base. Solitamente l’aggiunta di un elemento estraneo, chiamato alligante, ad un metallo riduce la conducibilità elettrica e aumenta la durezza, quest’ultima può essere ulteriormente aumentata tramite opportuni trattamenti termici come quello della tempra.
Nella formazione delle leghe, insieme all’aumento della durezza, si ha una diminuzione della resistenza a trazione e una diminuzione della duttilità. Il grado di elasticità dovuto alla formazione della lega metallica subisce invece solo piccole variazioni e solitamente in aumento. Anche la densità subisce piccole variazioni, si può avere un aumento o una diminuzione della densità a seconda che l’alligante sia più o meno denso del metallo base. La variazione del valore della densità dipende quindi anche dalla percentuale di alligante presente nella lega. Esso infatti talvolta riesce a trasmettere agli altri elementi chimici presenti nella lega le proprie proprietà chimiche, apportando positivamente ulteriori modifiche all’insieme.
Le leghe metalliche
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