Bronce arsénico - Arsenical bronze

Un Buda sentado de Tailandia ( c. 1800) hecho de bronce arsénico

El bronce arsénico es una aleación en la que el arsénico , en oposición al estaño u otros metales constituyentes o además del mismo , se agrega al cobre para hacer bronce . El uso de arsénico con cobre, ya sea como constituyente secundario o con otro componente como el estaño, da como resultado un producto final más fuerte y un mejor comportamiento de fundición .

El mineral de cobre a menudo está naturalmente contaminado con arsénico; por lo tanto, el término "bronce arsénico" cuando se usa en arqueología generalmente se aplica solo a aleaciones con un contenido de arsénico superior al 1% en peso, para distinguirlo de las adiciones de arsénico potencialmente accidentales.

Orígenes en la prehistoria

Minerales de cobre y arsénico
Nombre del mineral Fórmula química
Arsenopirita FeAsS
Enargita Cu 3 Como 4
Olivenita Cu 2 (AsO 4 ) OH
Tennantita Cu 12 Como 4 S 13
Malaquita Cu 2 (OH) 2 CO 3
Azurita Cu 3 (OH) 2 (CO 3 ) 2

Aunque el bronce arsénico se encuentra en el registro arqueológico de todo el mundo, los primeros artefactos conocidos hasta ahora, que datan del quinto milenio antes de Cristo , se han encontrado en la meseta iraní . El arsénico está presente en varios minerales que contienen cobre (ver tabla a la derecha, adaptada de Lechtman & Klein, 1999 ), y por lo tanto, sería inevitable cierta contaminación del cobre con arsénico. Sin embargo, todavía no está del todo claro en qué medida se añadió deliberadamente arsénico al cobre y en qué medida su uso surgió simplemente de su presencia en minerales de cobre que luego fueron tratados mediante fundición para producir el metal.

Reconstruir una posible secuencia de eventos en la prehistoria implica considerar la estructura de los depósitos de mineral de cobre, que en su mayoría son sulfuros. Los minerales de la superficie contendrían algo de cobre nativo y minerales oxidados, pero gran parte del cobre y otros minerales se habrían lavado más hacia el cuerpo mineral, formando una zona de enriquecimiento secundaria. Esto incluye muchos minerales como la tennantita , con su arsénico, cobre y hierro . Por lo tanto, los depósitos superficiales se habrían utilizado primero; con algo de trabajo, se habrían descubierto y trabajado minerales sulfídicos más profundos, y se habría descubierto que el material de este nivel tenía mejores propiedades.

Usando estos diversos minerales, hay cuatro métodos posibles que pueden haber sido usados ​​para producir aleaciones de bronce con arsénico. Estos son:

  • La adición directa de metales que contienen arsénico o minerales como el realgar al cobre fundido.
Este método, aunque posible, carece de pruebas.
Esto es completamente factible.
  • La reducción de sulfarsénidos de cobre tostados como tennantita y enargita .
Este método daría como resultado la producción de humos tóxicos de óxido de arsénico y la pérdida de gran parte del arsénico presente en los minerales.
Se ha demostrado que este método funciona bien, con poca emisión de humos peligrosos durante el mismo, debido a las reacciones entre los diferentes minerales.

Además, Thornton et al. Sugieren una mayor sofisticación de los trabajadores del metal. Sugieren que el arseniuro de hierro se produjo deliberadamente como parte del proceso de fundición de cobre, para ser comercializado y utilizado para fabricar bronce arsénico en otros lugares mediante la adición de cobre fundido.

Los artefactos hechos de bronce arsénico cubren el espectro completo de objetos de metal, desde hachas hasta adornos. El método de fabricación consistía en calentar el metal en crisoles y fundirlo en moldes de piedra o arcilla. Después de solidificar, se puliría o, en el caso de ejes y otras herramientas, se endurecería golpeando el borde de trabajo con un martillo, adelgazando el metal y aumentando su resistencia. Los objetos terminados también se pueden grabar o decorar según corresponda.

Ventajas del bronce arsénico

Si bien el arsénico se mezcló originalmente con cobre como resultado de los minerales que ya lo contenían, su uso probablemente continuó por varias razones. Primero, actúa como un desoxidante, reaccionando con el oxígeno en el metal caliente para formar óxidos de arsénico que se vaporizan a partir del metal líquido. Si se disuelve una gran cantidad de oxígeno en el cobre líquido, cuando el metal se enfría, el óxido de cobre se separa en los límites de los granos y reduce en gran medida la ductilidad del objeto resultante. Sin embargo, su uso puede conducir a un mayor riesgo de fundición porosa, debido a la solución de hidrógeno en el metal fundido y su posterior pérdida como burbuja (aunque cualquier burbuja podría ser soldada por forja y aún dejar la masa del metal lista para ser endurecido por el trabajo).

En segundo lugar, la aleación es capaz de un mayor endurecimiento por trabajo que en el caso del cobre puro, por lo que se comporta mejor cuando se usa para cortar o picar. Un aumento en la capacidad de endurecimiento por trabajo surge con un porcentaje cada vez mayor de arsénico, y el bronce se puede endurecer por trabajo en un amplio rango de temperaturas sin temor a quebrarse. Sus propiedades mejoradas sobre el cobre puro se pueden ver con tan solo 0,5 a 2% en peso de As, lo que proporciona una mejora del 10 al 30% en dureza y resistencia a la tracción.

En tercer lugar, en los porcentajes correctos, puede aportar un brillo plateado al artículo que se fabrica. Hay evidencia de dagas de bronce con arsénico del Cáucaso y otros artefactos de diferentes lugares que tienen una capa superficial rica en arsénico que bien puede haber sido producida deliberadamente por artesanos antiguos, y las campanas mexicanas estaban hechas de cobre con suficiente arsénico para colorearlas plateadas.

Bronce arsénico, sitios y civilizaciones

Reproducciones de cuchillos de la Edad de Bronce hechos de bronce con alto contenido de arsénico (izquierda) y bronce de estaño (centro y derecha). Dependiendo del contenido de arsénico, la aleación es de color rojo pálido a plateado.

El bronce arsénico fue utilizado por muchas sociedades y culturas en todo el mundo. En primer lugar, la meseta iraní , seguida por el área mesopotámica adyacente, que en conjunto cubren el Irán moderno, Irak y Siria, tiene la metalurgia de bronce arsénico más antigua del mundo, como se mencionó anteriormente. Estuvo en uso desde el cuarto milenio antes de Cristo hasta mediados del segundo milenio antes de Cristo , un período de casi 2.000 años. Hubo una gran variación en el contenido de arsénico de los artefactos a lo largo de este período, lo que hizo imposible decir exactamente cuánto se agregó deliberadamente y cuánto se produjo por accidente. Las sociedades que usan bronce arsénico incluyen a los acadios , los de Ur y los amorreos , todos basados ​​en los ríos Tigris y Éufrates y centros de las redes comerciales que esparcieron el bronce arsénico por el Medio Oriente durante la Edad del Bronce.

El tesoro del período calcolítico de Nahal Mishmar en el desierto de Judea al oeste del Mar Muerto contiene varios artefactos de bronce arsénico (4 a 12% de arsénico) y quizás arsénico de cobre fabricados mediante el proceso de cera perdida , el primer uso conocido de este complejo. técnica. "La datación por carbono-14 de la estera de junco en la que estaban envueltos los objetos sugiere que data de al menos el 3500 aC Fue en este período que el uso del cobre se generalizó en todo el Levante, lo que atestigua los considerables desarrollos tecnológicos que son paralelos a los principales avances sociales. en la región."

Los depósitos de sulfuros con frecuencia son una mezcla de diferentes sulfuros metálicos, como cobre, zinc, plata, arsénico, mercurio, hierro y otros metales. (La esfalerita (ZnS con más o menos hierro), por ejemplo, no es infrecuente en los depósitos de sulfuro de cobre, y el metal fundido sería latón, que es más duro y más duradero que el cobre). Los metales podrían teóricamente separarse, pero las aleaciones resultantes eran típicamente mucho más fuertes que los metales individualmente.

El uso de bronce arsénico se extendió a lo largo de las rutas comerciales hacia el noroeste de China, hasta la región de Gansu - Qinghai , con las culturas Siba , Qijia y Tianshanbeilu . Sin embargo, todavía no está claro si los artefactos de bronce con arsénico fueron importados o fabricados localmente, aunque se sospecha que este último es más probable debido a la posible explotación local de recursos minerales. Por otro lado, los artefactos muestran conexiones tipológicas con la estepa euroasiática.

El período Eneolítico en el norte de Italia , con las culturas Remedello y Rinaldone entre el 2800 y el 2200 a.C., vio el uso del bronce arsénico. De hecho, parece que el bronce arsénico era la aleación más utilizada en la cuenca del Mediterráneo en ese momento.

En América del Sur , el bronce arsénico fue la aleación predominante en Ecuador y el norte y centro de Perú, debido a los ricos minerales que contienen arsénico presentes allí. Por el contrario, los Andes del sur y central, el sur de Perú, Bolivia y partes de Argentina, eran ricos en casiterita de estaño y, por lo tanto, no usaban bronce arsénico.

La Cultura Sicán de la costa noroeste de Perú es famosa por su uso de bronce arsénico durante el período 900 a 1350 d.C. El bronce arsénico coexistió con el bronce de estaño en los Andes, probablemente debido a su mayor ductilidad, lo que significaba que se podía martillar fácilmente en finas láminas que eran valoradas en la sociedad local.

Bronce arsénico después de la Edad del Bronce

El registro arqueológico en Egipto , Perú y el Cáucaso sugiere que el bronce arsénico se produjo durante un tiempo junto con el bronce de estaño. En Tepe Yahya, su uso continuó en la Edad del Hierro para la fabricación de baratijas y objetos decorativos, lo que demuestra que no hubo una simple sucesión de aleaciones a lo largo del tiempo, con nuevas aleaciones superiores que reemplazaban a las antiguas. Metalúrgicamente hay pocas ventajas reales para la superioridad del bronce de estaño, y los primeros autores sugirieron que el bronce arsénico se eliminó gradualmente debido a sus efectos sobre la salud. Es más probable que se haya eliminado gradualmente en el uso general porque la aleación con estaño dio piezas fundidas que tenían una resistencia similar al bronce arsénico pero que no requirieron un endurecimiento por trabajo adicional para lograr una resistencia útil. También es probable que se puedan lograr resultados más seguros con el uso de estaño, ya que podría agregarse directamente al cobre en cantidades específicas, mientras que la cantidad precisa de arsénico que se agregó fue mucho más difícil de medir debido al proceso de fabricación.

Efectos sobre la salud del uso de bronce arsénico

El arsénico es un elemento con un punto de vaporización de 615 ° C, por lo que el óxido de arsénico se perderá de la masa fundida antes o durante la fundición, y se sabe desde hace mucho tiempo que los vapores del incendio para la minería y el procesamiento de minerales atacan los ojos, los pulmones y la piel. .

La intoxicación crónica por arsénico conduce a la neuropatía periférica , que puede causar debilidad en las piernas y los pies. Se ha especulado que esto estaba detrás de la leyenda de los herreros cojos, como el dios griego Hefesto .

Una momia bien conservada de un hombre que vivió alrededor del 3200 a.C. encontrada en los Alpes de Ötztal , conocida popularmente como Ötzi , mostró altos niveles de partículas de cobre y arsénico en su cabello. Esto, junto con la hoja del hacha de cobre de Ötzi, que es 99,7% de cobre puro, ha llevado a los científicos a especular que estuvo involucrado en la fundición de cobre .

Usos modernos del bronce arsénico

El bronce arsénico ha tenido poco uso en el período moderno. Parece que el equivalente más cercano se conoce con el nombre de cobre arsénico , definido como cobre con menos de 0,5% en peso de As, por debajo del porcentaje aceptado en los artefactos arqueológicos. La presencia de 0,5% en peso de arsénico en el cobre reduce la conductividad eléctrica al 34% de la del cobre puro, e incluso tan solo un 0,05% en peso la reduce en un 15%.

Ver también

Referencias

enlaces externos