El bronce arsénico es una aleación en la que el arsénico , en lugar de o además del estaño u otros metales constituyentes , se combina con cobre para formar 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 resistente y un mejor comportamiento de fundición . [1]
El mineral de cobre suele estar contaminado de forma natural con arsénico; por ello, el término "bronce arsénico" cuando se utiliza en arqueología normalmente sólo se aplica a aleaciones con un contenido de arsénico superior al 1% en peso, para distinguirlo de adiciones de arsénico potencialmente accidentales. [2]
Aunque el bronce arsénico aparece en los registros arqueológicos de todo el mundo, los primeros artefactos conocidos hasta ahora, que datan del quinto milenio a. C. , se han encontrado en la meseta iraní . [3] El arsénico está presente en varios minerales que contienen cobre (véase la tabla de la derecha, adaptada de Lechtman & Klein, 1999), [4] y, por lo tanto, sería inevitable cierta contaminación del cobre con arsénico. Sin embargo, todavía no está del todo claro hasta qué punto se añadió arsénico deliberadamente al cobre [5] y hasta qué punto su uso surgió simplemente de su presencia en minerales de cobre que luego se trataron 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 son en su mayoría sulfuros. [6] Los minerales de la superficie contendrían algo de cobre nativo y minerales oxidados, pero gran parte del cobre y otros minerales habrían sido arrastrados más hacia el interior del cuerpo mineral, formando una zona de enriquecimiento secundario. Esto incluye muchos minerales como la tennantita , con su arsénico, cobre y hierro . Por lo tanto, los depósitos de la superficie 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.
Utilizando estos diversos minerales, hay cuatro métodos posibles que pueden haberse utilizado para producir aleaciones de bronce arsénico. [3] Estos son:
Thornton et al. [8] sugieren una mayor sofisticación de los trabajadores del metal. Sugieren que el arseniuro de hierro se producía deliberadamente como parte del proceso de fundición de cobre, para ser comercializado y utilizado para fabricar bronce arsénico en otros lugares mediante su adición al cobre fundido.
Los objetos de bronce arsenical abarcan todo el espectro de objetos metálicos, desde hachas hasta adornos. El método de fabricación implicaba calentar el metal en crisoles y fundirlo en moldes de piedra o arcilla. Después de solidificarse, se pulía o, en el caso de las hachas y otras herramientas, se endurecía golpeando el borde de trabajo con un martillo, adelgazando el metal y aumentando su resistencia. [6] Los objetos terminados también podían grabarse o decorarse según fuera necesario.
Aunque lo más probable es que el arsénico se mezclara originalmente con el cobre porque ya lo contenían los minerales, su uso probablemente continuó por varias razones. En primer lugar, actúa como desoxidante, reaccionando con el oxígeno del metal caliente para formar óxidos arsénicos 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 grano y reduce en gran medida la ductilidad del objeto resultante. Sin embargo, su uso puede generar un mayor riesgo de piezas fundidas porosas, debido a la disolución de hidrógeno en el metal fundido y su posterior pérdida en forma de burbuja (aunque cualquier burbuja podría soldarse por forja y aún así dejar la masa del metal lista para ser endurecida por deformación). [1]
En segundo lugar, la aleación es capaz de endurecerse por trabajo más que el cobre puro, por lo que funciona mejor cuando se utiliza para cortar o picar. Un aumento en la capacidad de endurecimiento por trabajo surge con un porcentaje creciente de arsénico, y el bronce se puede endurecer por trabajo en un amplio rango de temperaturas sin temor a que se vuelva frágil. [1] Sus propiedades mejoradas sobre el cobre puro se pueden ver con tan solo 0,5 a 2 % en peso de As, lo que da una mejora de entre el 10 y el 30 % en dureza y resistencia a la tracción. [7]
En tercer lugar, en los porcentajes correctos, puede aportar un brillo plateado al artículo que se fabrica. Hay pruebas de dagas de bronce arsénico del Cáucaso y otros artefactos de diferentes lugares que tienen una capa superficial rica en arsénico que bien podría haber sido producida deliberadamente por artesanos antiguos [9] , y las campanas mexicanas estaban hechas de cobre con suficiente arsénico para teñirlas de plata [7] .
El bronce arsenical fue utilizado por muchas sociedades y culturas en todo el mundo. En primer lugar, la meseta iraní , seguida por el área adyacente de Mesopotamia, que juntas cubren el Irán, Irak y Siria modernos, tiene la metalurgia de bronce arsenical más antigua del mundo, como se mencionó anteriormente. Se utilizó desde el cuarto milenio a. C. hasta mediados del segundo milenio a. C. , un período de casi 2000 años. Hubo una gran variación en el contenido de arsénico de los artefactos a lo largo de este período, lo que hace imposible decir exactamente cuánto se agregó deliberadamente y cuánto se produjo por accidente. [5]
Estas cuestiones se aclararon considerablemente en 2016. Los dos sitios antiguos relevantes en el este de Turquía ( provincia de Malatya ) son Norşuntepe y Değirmentepe , donde se producía bronce arsénico antes del 4000 a. C. En estos sitios se habían recuperado hogares u hornos de tiro natural, escoria, mineral y pigmento. Esto se produjo en el contexto de complejos arquitectónicos típicos de la arquitectura del sur de Mesopotamia.
Según Boscher (2016), en Değirmentepe se fabricaron objetos de cobre arsénico alrededor del año 4200 a. C., pero los aspectos tecnológicos de esta producción siguen sin estar claros, ya que la fundición primaria del mineral parece haberse realizado en otro lugar, tal vez ya en los yacimientos de extracción. [10]
En cambio, el yacimiento de Norşuntepe, relacionado con el yacimiento, ofrece un contexto más adecuado de la producción y demuestra que, en efecto, se producía algún tipo de aleación de arsénico en el cuarto milenio a. C. Dado que la escoria identificada en Norşuntepe no contiene arsénico, esto significa que se añadió arsénico en alguna forma por separado. [11]
Las sociedades que utilizan bronce arsénico incluyen a los acádios , los de Ur y los amorreos , todos ellos asentados alrededor de los ríos Tigris y Éufrates y centros de las redes comerciales que difundieron el bronce arsénico por todo Oriente Medio durante la Edad del Bronce. [5]
El yacimiento de Nahal Mishmar, del período Calcolítico, en el desierto de Judea al oeste del mar Muerto contiene una serie de artefactos de bronce arsenical (entre un 4 y un 12 % de arsénico) y quizás de cobre arsenical fabricados mediante el proceso de cera perdida , el uso más antiguo conocido de esta compleja técnica. "La datación por carbono 14 de la estera de caña en la que se envolvían los objetos sugiere que data de al menos el 3500 a. C. Fue en este período cuando el uso del cobre se extendió por todo el Levante, lo que da fe de considerables avances tecnológicos que van en paralelo a los principales avances sociales en la región". [12]
En el antiguo Egipto , el uso de bronce/cobre arsénico está confirmado desde la segunda fase de la cultura Naqada, y luego se usó ampliamente hasta el comienzo del Imperio Nuevo, es decir, en el Calcolítico egipcio, la Edad del Bronce Temprano y Medio, y dentro de las mismas eras también en la antigua Nubia. [13] En el Imperio Antiguo , la era de los constructores de las pirámides más grandes, el cobre arsénico se utilizó para la producción de herramientas en Giza . [14] El cobre arsénico también se procesó en el taller descubierto en Heit el-Ghurab de Giza, "la ciudad perdida de los constructores de pirámides" del reinado de Micerinos. [15] Se identificaron objetos egipcios y nubios hechos de cobre arsénico en las colecciones de Bruselas , [16] y en Leipzig . [17] En el Reino Medio, el uso de bronce de estaño está aumentando en el antiguo Egipto y Nubia. [18] Uno de los estudios más amplios de dicho material fue la investigación de las hojas de hacha egipcias y nubias en el Museo Británico , y arrojó resultados comparables. [19] Una situación similar se puede observar en Kerma de la Edad del Bronce Medio . [20]
Los depósitos de sulfuro frecuentemente son una mezcla de diferentes sulfuros metálicos, como cobre, zinc, plata, arsénico, mercurio, hierro y otros metales. ( La esfalrita (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). Teóricamente, los metales podrían separarse, pero las aleaciones resultantes eran típicamente mucho más fuertes que los metales individualmente.
El uso del bronce arsenical se extendió a lo largo de las rutas comerciales hacia el noroeste de China, a la región de Gansu - Qinghai , con las culturas Siba , Qijia y Tianshanbeilu . Sin embargo, todavía no está claro si los artefactos de bronce arsenical fueron importados o fabricados localmente, aunque se sospecha que esto último es más probable debido a la posible explotación local de los recursos minerales. Por otro lado, los artefactos muestran conexiones tipológicas con la estepa euroasiática. [21]
El bronce arsenical se utilizó en el período Eneolítico en el norte de Italia , con las culturas Remedello y Rinaldone entre el 2800 y el 2200 a. C. De hecho, parece que el bronce arsenical era la aleación más utilizada en la cuenca mediterránea en esa época. [22]
En América del Sur , el bronce arsénico era la aleación predominante en Ecuador y el norte y centro de Perú, debido a los ricos minerales con arsénico presentes allí. Por el contrario, los Andes del sur y centro, el sur de Perú, Bolivia y partes de Argentina eran ricos en el mineral de estaño casiterita y, por lo tanto, no utilizaban bronce arsénico. [7]
La cultura Sicán de la costa noroeste de Perú es famosa por su uso de bronce arsénico durante el período de 900 a 1350 d. C. [23] El bronce arsénico coexistió con el bronce de estaño en los Andes, probablemente debido a su mayor ductilidad, lo que significaba que podía martillarse fácilmente en láminas delgadas que eran valoradas en la sociedad local. [7]
El registro arqueológico en Egipto , Perú y el Cáucaso sugiere que el bronce arsenical se produjo durante un tiempo junto con el bronce al estaño. En Tepe Yahya su uso continuó hasta la Edad del Hierro para la fabricación de baratijas y objetos decorativos, [3] lo que demuestra que no hubo una simple sucesión de aleaciones a lo largo del tiempo, con nuevas aleaciones superiores que reemplazaran a las antiguas. Hay pocas ventajas reales metalúrgicas para la superioridad del bronce al estaño, [1] y los primeros autores sugirieron que el bronce arsenical se eliminó gradualmente debido a sus efectos sobre la salud. Es más probable que se eliminara gradualmente en el uso general porque la aleación con estaño dio piezas fundidas que tenían una resistencia similar al bronce arsenical pero no requerían un mayor endurecimiento por trabajo para lograr una resistencia útil. [6] También es probable que se pudieran lograr resultados más certeros con el uso de estaño, porque se podía agregar directamente al cobre en cantidades específicas, mientras que la cantidad precisa de arsénico que se agregaba era mucho más difícil de medir debido al proceso de fabricación. [7]
El arsénico es un elemento con un punto de vaporización de 615 °C, de modo que el óxido arsénico se perderá de la masa fundida antes o durante la fundición, y se sabe desde hace tiempo que los humos producidos por incendios en la minería y el procesamiento de minerales atacan el sistema nervioso, los ojos, los pulmones y la piel. [24]
El envenenamiento crónico por arsénico produce neuropatía periférica , que puede causar debilidad en las piernas y los pies. Se ha especulado [ ¿según quién? ] que esto se encuentra detrás de la leyenda de los herreros cojos en muchas culturas y mitos, como el dios griego Hefesto . [25] Como Hefesto era un herrero de la Edad del Hierro, no de la Edad del Bronce, la conexión sería una de la memoria popular antigua. [26]
En los Alpes de Ötztal se encontró una momia bien conservada de un hombre que vivió alrededor del año 3200 a. C. [27] , conocida popularmente como Ötzi , que mostraba 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 % cobre puro, ha llevado a los científicos a especular que estaba involucrado en la fundición de cobre . [28]
El bronce arsenical ha tenido poco uso en el período moderno. Parece que el equivalente más cercano se llama cobre arsenical , definido como cobre con menos de 0,5 % en peso de As, por debajo del porcentaje aceptado en 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 una cantidad tan pequeña como 0,05 % en peso la disminuye en un 15 %. [7]
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