Il bronzo è magnetico?

Il bronzo è uno dei materiali più antichi e versatili dell'umanità, risalente a oltre 5.000 anni fa, agli albori della civiltà. Questa iconica lega di rame vanta un'accattivante tonalità bruna ed è stata trasformata in qualsiasi cosa, dalle armi antiche ai moderni componenti marini. Ma una domanda assillante ha continuato a lasciare perplessi metallurgici e scienziati nel corso dei secoli: il bronzo è magnetico?

In questa guida completa, come professionista produttore di magneti al neodimiosveleremo la verità che si cela dietro le proprietà magnetiche del bronzo. Scoprirete cosa conferisce ai metalli il loro magnetismo, perché il bronzo è in controtendenza e come potete testare gli oggetti in bronzo per verificare l'eventuale attrazione o repulsione magnetica. Alla fine, avrete la risposta scientifica definitiva a questa annosa questione.

Perché alcuni metalli sono magnetici mentre altri non lo sono

Il magnetismo deriva dal movimento unico degli elettroni all'interno dei diversi materiali. In termini semplicistici, ogni elettrone ruota sul proprio asse e orbita attorno al nucleo del proprio atomo. Questo genera un piccolo campo magnetico.

Nella maggior parte dei materiali, l'orientamento di questi piccoli campi magnetici è casuale. Puntano in tutte le direzioni possibili, annullandosi a vicenda. Tuttavia, nei materiali ferromagnetici come il ferro, i campi si allineano spontaneamente e parallelamente l'uno all'altro anche in assenza di un magnete esterno. Questo genera un campo magnetico complessivo che permette a questi metalli di aderire ai magneti.

Ma cosa rende ferromagnetici determinati metalli mentre altri, come il bronzo, non lo sono? La risposta sta negli elettroni spaiati.

Il ruolo degli elettroni spaiati

Quando gli elettroni girano intorno ai nuclei dei loro atomi, normalmente si accoppiano, con i loro spin orientati in direzioni opposte. Questo annullamento neutralizza il magnetismo.

Tuttavia, i metalli di transizione e le terre rare contengono elettroni spaiati nei loro gusci orbitali esterni. Sono questi elettroni spaiati che permettono ai campi magnetici dei metalli di allinearsi, anziché neutralizzarsi a vicenda.

I tre metalli con il maggior numero di elettroni spaiati sono il ferro, il cobalto e il nichel. Non è una coincidenza che questi tre metalli e le loro leghe mostrino il ferromagnetismo più forte.

Il bronzo è magnetico? La risposta breve

Il bronzo è generalmente amagnetico e consiste principalmente di rame (diamagnetico) e stagno (paramagnetico). Tuttavia, poiché il contributo del paramagnetismo dello stagno è molto ridotto, il bronzo deve essere considerato praticamente amagnetico. Pertanto, anche quando alcune leghe di bronzo sono costituite da tracce esclusive di nichel, che è magnetico, la lega rimane essenzialmente amagnetica. Questo aspetto del bronzo si presta a diversi usi in cui può esistere un'interferenza con il magnetismo. 

Perché il bronzo non ha attrazione magnetica

Ora che avete capito perché il ferro si attacca alla calamita del vostro frigorifero, vi chiederete perché il bronzo versatile non lo fa. Dopo tutto, questa lega classica non dovrebbe dimostrare un certo magnetismo?

Il motivo risiede nella composizione e nella configurazione elettronica del bronzo.

Componenti non magnetici del bronzo

Tradizionalmente, il bronzo contiene 88-95% di rame e 5-12% di stagno. Nessuno di questi elementi ha elettroni spaiati nel guscio esterno.

Il rame ha un guscio elettronico esterno pieno, mentre lo stagno ha due elettroni solitari che ruotano in direzioni opposte. Questo annulla qualsiasi magnetismo. Senza elettroni spaiati che generano campi magnetici, nessuno dei due metalli dimostra ferromagnetismo.

Questo spiega perché il rame e lo stagno da soli non sono magnetici. Ma è interessante notare che, quando vengono combinati per formare il bronzo, anche la lega rimane amagnetica.

Mantenimento del non magnetismo nella lega

Ci si potrebbe aspettare che la combinazione di rame e stagno possa generare un certo magnetismo generale. Ma il legame metallico del bronzo mantiene le caratteristiche non magnetiche dei componenti.

Gli atomi di rame donano i loro elettroni esterni agli atomi di stagno. Questo crea un equilibrio simmetrico e non magnetico di elettroni liberi nella lega. Mentre gli elettroni dello stagno diventano spaiati, si muovono uniformemente tra gli ioni positivi del rame in un "mare di elettroni". Con gli elettroni ancora bilanciati, non può sorgere alcun magnetismo.

Quando il bronzo può diventare magnetico?

Mentre il bronzo tradizionale, con la sua combinazione di rame e stagno, rimane ostinatamente non magnetico, leghe insolite contenenti ferro, cobalto o nichel possono mostrare magnetismo. In che modo gli elementi di lega permettono al bronzo di diventare magnetico?

Bronzo ferroso

Alcuni bronzi antichi incorporavano il ferro, sia per impurità del minerale sia per aggiunta intenzionale. Ma questo bronzo di ferro era magnetico? Sorprendentemente, la risposta è generalmente negativa.

Le minuscole tracce di ferro presenti in queste prime leghe erano insufficienti per indurre il magnetismo. Inoltre, il legame metallico del bronzo manteneva gli atomi di ferro troppo isolati per allineare i loro campi magnetici e generare attrazione. Tuttavia, se una quantità sufficiente di ferro entrava nella lega, si poteva manifestare un certo magnetismo.

I moderni bronzi di ferro sfruttano questo fatto. Con circa 5-10% di ferro, dimostrano proprietà magnetiche migliorate. Il contenuto di ferro più elevato consente la formazione di domini magnetici, pur mantenendo le caratteristiche utili del bronzo.

Nichel Bronzo

I bronzi al nichel si comportano in modo simile alle leghe di ferro. Il bronzo tradizionale resiste alla corrosione in condizioni di non ossidazione. Ma in applicazioni come le eliche marine, l'acqua di mare ossidante degrada rapidamente la lega. Una piccola aggiunta di nichel intorno a 5-10% genera una protezione ossido di nichel strato, prevenendo la corrosione.

Come per il ferro, queste percentuali di nichel sono insufficienti per creare da sole il magnetismo. Tuttavia, una certa migrazione di nichel può allineare gradualmente i campi magnetici locali se la lega si corrode. Ciò induce un'attrazione minore verso i magneti in condizioni di nicchia.

Elementi di lega aggiuntivi

Anche i bronzi di alluminio e manganese si basano su ossidi superficiali resistenti alla corrosione, che li rendono debolmente magnetici in caso di erosione nel tempo. Alcuni bronzi al fosforo possono utilizzare tracce di elementi ferromagnetici come ferro e cobalto per rimuovere le impurità di ossigeno durante la produzione. Ciò può indurre una leggera attrazione magnetica.

In generale, tuttavia, il bronzo standard stagno-rame rimane amagnetico nonostante l'aggiunta di piccole quantità di elementi di lega. Solo con l'aggiunta di quantità significative di metalli ferromagnetici una lega di bronzo può diventare propriamente magnetica.

Test sul magnetismo delle leghe di bronzo e rame

Ora che conoscete la scienza che sta alla base del magnetismo sporadico del bronzo, potreste voler testare i vostri manufatti in lega di rame. Ecco alcuni semplici metodi per verificare il comportamento magnetico del bronzo e di altri oggetti:

Il test di galleggiamento

Questo test consente di verificare il magnetismo di qualsiasi piccolo oggetto di bronzo, come gioielli, monete o oggetti artigianali. È necessario un recipiente a fondo piatto, acqua e un piccolo magnete da frigorifero.

Per prima cosa, riempite la ciotola d'acqua, lasciando uno spazio di 2,5 cm sotto il bordo. Quindi posizionate con cura l'oggetto in questione sulla superficie dell'acqua. Se affonda, provate con un oggetto più piccolo o aggiungete una graffetta per galleggiare.

Tenete il magnete a un centimetro sopra l'oggetto galleggiante e abbassatelo lentamente in verticale verso la superficie. Se l'oggetto in esame salta fuori dall'acqua o si precipita verso il magnete, significa che presenta ferromagnetismo. Se invece la tensione superficiale dell'acqua trattiene l'oggetto proprio dove si trova quando si avvicina il magnete, il bronzo non esercita alcuna attrazione magnetica.

Questo metodo isola l'oggetto in esame da qualsiasi metallo interferente, rivelando chiaramente anche un lieve magnetismo.

Il metodo Quick-Pick

Se desiderate testare rapidamente oggetti o sculture in bronzo di grandi dimensioni, provate la tecnica della presa rapida. Tenete il magnete in mano e toccate delicatamente la sua parte inferiore sulla superficie del bronzo con un angolo di 45°. Fatelo scorrere lentamente mantenendo il contatto.

Se il magnete scivola senza sforzo sul bronzo, non c'è attrazione magnetica. Tuttavia, se la calamita si impiglia e trascina indica la presenza di aree con un leggero magnetismo. È possibile notare questo fenomeno in prossimità di punti corrosi o di parti unite se contengono ferro o nichel.

Per una maggiore sensibilità senza graffi, incollate uno strato di schiuma sul lato inferiore del magnete. In questo modo si ammortizza il contatto e si rende visibile anche la debole attrazione magnetica.

Pellicola di visualizzazione magnetica

La pellicola magnetica offre l'approccio più scientifico alla valutazione del magnetismo dei manufatti in bronzo. È sufficiente fissare saldamente un foglio sulla superficie di prova del bronzo. Quindi far passare un magnete sotto il lato posteriore della pellicola.

Immediatamente, la resistente pellicola di acetato rivelerà eventuali regioni magnetiche sul bronzo attraverso l'allineamento dei microscopici frammenti di nichel incorporati all'interno del materiale. Dove i frammenti si raggruppano in linee e gruppi neri solidi, il bronzo presenta un magnetismo misurabile.

Al contrario, se la superficie è ricoperta solo da una pezzatura scura casuale, si può tranquillamente concludere che la lega non ha un'attrazione o una repulsione magnetica significativa. Questo metodo indica anche eventuali punti caldi di contaminazione ferromagnetica su articoli lavorati più moderni.

Principali informazioni sul magnetismo del bronzo

• Il bronzo tradizionale di rame e stagno non presenta proprietà magnetiche a causa degli elettroni accoppiati che si annullano. Anche il rame e lo stagno singolarmente sono metalli non magnetici.
• Elementi di lega come il ferro, il nichel, il manganese, l'alluminio e il cobalto possono indurre un leggero magnetismo se le concentrazioni superano circa 5% del bronzo.
• La corrosione nel corso di decenni e secoli può portare alla luce aggiunte ferromagnetiche sepolte, causando aree di leggero magnetismo nei bronzi antichi.
• È possibile testare il magnetismo dei bronzi mediante flottazione, scorrimento rapido di un magnete o pellicola magnetica.

Nel corso di migliaia di anni di civiltà umana, il bronzo ha disseminato i campi di battaglia, adornato i reali e rafforzato gli imperi di tutto il mondo. Nonostante la sua lunga storia, questa lega versatile continua a servire bene anche nei tempi moderni.

Svelare il mistero del magnetismo occasionale del bronzo fa luce sulla scienza delle leghe metalliche. Inoltre, vi permetterà di testare i vostri manufatti e tesori di valore inestimabile per verificare la proprietà più duratura: l'attrazione per il lodestone.

Quindi, scavate nel vostro magazzino e recuperate i vecchi cimeli in bronzo del nonno o quel manufatto scoperto nel vostro giardino. Grazie a questi test magnetici, potrete svelare le ricche storie del viaggio del bronzo nel tempo.