STEP #26 - La chimica e gli strumenti scientifici

La chimica, essendo la scienza che studia le sostanze, è al centro della produzione di qualsiasi oggetto e, quindi, anche della tavoletta pretoriana.

Il materiale principale utilizzato per la costruzione della tavoletta pretoriana è il legno, il tessuto vegetale che costituisce il fusto delle piante. Il legno è costituito da macromolecole di diverso tipo intrecciate tra di loro che formano il materiale composito (ossia un materiale costituito da più fasi con proprietà differenti) più utilizzato nella storia dell'umanità. Le principali macromolecole costituenti il legno sono:

- Cellulosa: macromolecola ramificata a catena lunga, assorbe le forze meccaniche (soprattutto di trazione); la struttura chimica della cellulosa è presentata nella seguente immagine:

- Emicellulosa: macromolecola ramificata a catena corta, funziona da legante e garante della flessibilità

- Lignina: macromolecola tridimensionale, assorbe le forze di compressione; la struttura chimica della lignina è presentata nella seguente immagine:

- Pectine: macromolecola tridimensionale, mantiene unite le cellule dei tessuti

- Sostanze di diversa natura

La presenza percentuale dei vari componenti varia in base alla pianta da cui è stato derivato il legno, ma anche dal clima in cui è nata e cresciuta la pianta. La struttura chimica dipende anche essa quindi dal particolare tipo di legno, e la diversità si riflette anche sulla struttura macroscopica.

Altro materiale fondamentale per la costruzione della tavoletta pretoriana è l'acciaio, che, soprattutto dall'800, iniziò a sostituire le parti in legno. L'acciaio è una lega di Ferro e Carbonio (quest'ultimo in quantità inferiori allo 2,06%) molto utilizzata in meccanica grazie alle sue notevoli proprietà meccaniche. Il legame Fe - Fe, infatti, permette di ottenere un ottimo modulo di elasticità; anche le tensioni di snervamento e di rottura sono notevolmente elevate, anche se dipendono dal tipo di acciaio e dal grado di incrudimento. Alla base della lavorazione dell'acciaio vi è il diagramma di fase ferro - carbonio qui presentato:

Dal diagramma si notano tre fasi di equilibrio:

- la fase ferritica α

- la fase austenitica γ

- la fase ferritica δ

La ferrite α e l'austenite γ sono le fase utilizzate nelle applicazioni meccaniche. La prima presenta una struttura cristallina cubica a corpo centrato, che porta ad avere un acciaio deformabile solo sotto sforzi elevati, molto resistente ma fragile alle basse temperature. La struttura cristallina è la seguente:

 

L'austenite γ, invece, presenta una struttura cristallina cubica a facce centrate, una struttura con grado di compattazione degli atomi massimo. La struttura cristallina è la seguente:

 

Fondamentale per lo sviluppo della tavoletta pretoriana è stata l'adozione di questo strumento da parte degli eserciti: come illustrato nella sezione 6 della mostra "Un sistema periodico da Amedeo Avogadro a Primo Levi", uno dei principali motori per le invenzioni chimiche (ma non solo) è sempre stata la guerra. Questo ha incentivato l'invenzione e lo sviluppo di strumenti bellici nel senso più generale del termine: strumenti di offesa e di difesa, ma anche strumenti di supporto in grado di fornire informazioni in modo semplice e diretto, come, appunto, la tavoletta pretoriana. Il passaggio da legno e acciaio, infatti, ha permesso di ottenere delle tavolette pretoriane più robuste e più precise (un esempio: il piano di lavoro in acciaio rettificato è molto più preciso di uno in legno), adatte all'utilizzo nei campi di battaglia.

 

Fonti:

https://it.wikipedia.org/wiki/Legno#Struttura

https://www.promolegno.com/fileadmin/promolegno/media.it/corsi/base-docu/materialelegno-docucorsobase-promolegno.pdf

http://www.researcheritage.com/2020/03/il-legno-prima-parte.html

https://it.wikipedia.org/wiki/Reticolo_cubico_a_corpo_centrato

https://areeweb.polito.it/strutture/cemed/sistemaperiodico/s06/index1.html

Walter NICODEMI, Metallurgia, Bologna : Zanichelli, 2007

Walter NICODEMI, Acciai e leghe non ferrose, Bologna : Zanichelli, 2008

William D. Jr. CALLISTER e David G. RETHWISCH, Scienza ed ingegneria dei materiali, Napoli : Edises, 2019