“Idade da Pedra. Idade do Bronze. Era do aço. Definimos epopeias da humanidade pelos materiais utilizados.”
Adaptado de citação de Reed Hastings, cofundador e CEO da Netflix.
A história dos materiais iniciou há dois milhões de anos1 quando os hominídeos descobriram como fazer fogo, durante a fase arqueológica conhecida como a Idade da Pedra.
Idade da Pedra
Considera-se a Idade da Pedra 2 o início do Homo Sapiens.
A capacidade do homem utilizar materiais disponíveis na natureza e transformá-los em utensílios o diferencia dos demais seres vivos.
O uso de cordas, couro e cerâmica marcou uma nova fase na história dos materiais, o processamento da matéria bruta para posterior utilização.
Seu início é incerto, mas durou cerca de 3 milhões de anos até o início da Idade dos Metais.
Durante milhares de anos, diversas espécies humanoides convergiram para o Homos Sapiens desenvolvendo habilidades fundamentais para a história dos materiais.
A capacidade de controlar o fogo possibilitou cozinhar os alimentos, e o desenvolvimento das habilidades manuais propiciou a confecção de roupas, ferramentas, armas e embarcações. Esse conjunto de competências forneceu novas vantagens competitivas para a espécie, que se multiplicou e se disseminou ao redor do planeta.
A agricultura, a criação de animais e o desenvolvimento de fornos surgiram após a última Era Glacial, ocorrida entre 115 000 e 11 700 anos atrás, assim como os primeiros registros de escrita cuneiforme e irrigação de lavouras.
Deve-se ressaltar que a comunicação através da linguagem assegurou o compartilhamento e a transmissão do conhecimento adquirido através de gerações, porém de forma ineficiente. 3
Ao longo da Idade da Pedra, diversas outras tecnologias surgiram. Por exemplo, cerâmicas cada vez mais sofisticadas possibilitaram a construção de fornos, a atividade de mineração nasceu de forma rudimentar, cordas, arpões e flexas emergiram contribuindo para aumentar a disponibilidade de alimentos e, como consequência, a população.
Idade dos Metais
A idade dos metais encerra a idade da pedra e representa uma revolução tecnológica que deu origem à metalurgia. Esse período da história se caracteriza pelo desenvolvimento da extração, fabricação, fundição e processamento dos metais e ligas.
Existem animais capazes de trabalhar materiais. Por exemplo, os castores utilizam madeira, galhos e folhas para criar barragens e túneis. Mas nenhum possui a habilidade de controlar o fogo.
Na verdade, o domínio do fogo representa o início do domínio da transformação da energia pelo homem, outro importante marco da evolução. 4
A Idade dos Metais possui três fases importantes: a Idade do Cobre, a Idade do Bronze e a Idade do Ferro.
Idade do Cobre
O início da Idade do Cobre – 3 000 AEC (Antes da Era Comum) marcou o início da metalurgia. A humanidade iniciou a utilização do Cobre por se tratar do único metal encontrado puro na natureza e o mais abundante na crosta terrestre.
Porém, a utilização cobre ocorreu após o uso do chumbo porque possui um ponto de fusão 3,3 maior do que o do Chumbo 5.
Idade do Bronze
A Idade do Bronze, que consiste basicamente numa liga (mistura sólida) de 7/8 de Cobre com 1/8 de Estanho surgiu 1 700 anos após a Idade do Cobre.
Como o Bronze possui propriedades mecânicas muito superiores às do Cobre, Chumbo e Estanho, ele representou uma enorme vantagem competitiva para os povos que dominavam essa tecnologia.
A grande vantagem do Bronze consiste em sua dureza e resistência à corrosão da água do mar, aspecto extremamente importante na construção de embarcações.
Como a produção do Bronze requer a mineração e fundição de diferentes metais, a tecnologia metalúrgica se tornou mais sofisticada. Acredita-se que ela iniciou entre 3 300 a.C e 1200 a.C em decorrência da constante de tempo de difusão tecnológica entre os povos.
Idade do Ferro
A idade do ferro surgiu aproximadamente entre 1 200 600 AEA por possuir melhores propriedades mecânicas e ser mais abundante que o cobre na crosta terrestre.
Por que o Ferro somente surgiu após o Cobre e o Bronze?
As propriedades físicas desses materiais explicam essa cronologia. Não se encontra o Ferro puro na natureza e sua elevada temperatura de fusão de 1 538 ºC superar os 1085 ºC do Cobre. requer fornos tecnologicamente mais sofisticados.
Além dos conhecimentos de mineração e fogo, a Idade do Ferro se caracteriza pelo início da Siderurgia.
Contudo, ao longo das eras anteriores, surgiram diversas outras tecnologias importantes para a Ciência dos Materiais surgiram.
Destacam-se os Tijolos, a Roda, o Arado, a Escrita Cuneiforme, a Extração do Estanho, os Reservatórios de Água, os Papiros, as Embarcações de Oceano, e Instrumentos de Medição.
Esse conjunto aparentemente desconexo de invenções tecnológicas representa importante avanço para o uso da água, para a logística, e para a transmissão de conhecimento.
Reservatórios de água se tornaram essenciais para grandes comunidades e agricultura, a roda e as embarcações para a logística, e a escrita para perpetuar e difundir conhecimento.
Tecnologia Antiga
Como as Idades apresentas anteriormente se encontram ligadas à Arqueologia, e não existem Idades após a do Ferro. Porém, as tecnologias continuaram evoluindo e se tornou necessário classificá-las no tempo para mostrar a evolução e história da tecnologia e da ciência.
A Tecnologia Antiga se situa cronologicamente entre a queda do Império Romano – 476 DEA – e os séculos VI – VIII.
Destacam-se nesse período o desenvolvimento das Rodas d’Água, da Bússola, dos Poços de Água/Petróleo, da Ponte a Arco, dos Moinhos de Vento, e da Porcelana Chinesa.
Primeira Revolução Industrial
A primeira revolução industrial surgiu na Grã-Bretanha entre 1 740 e 1 840 e se caracterizou pela substituição do trabalho manual pelo trabalho mecanizado, pelo nascimento da indústria química e pela produção do ferro e aço através da criação de máquinas-ferramenta, e pela utilização da potência mecânica obtida através das máquinas térmica e hidráulicas.
Essa revolução resultou nos processos mecanizados de produção, que possibilitaram o crescimento sem precedentes da população.
A indústria têxtil se transformou no carro chefe na oferta de empregos e investimento de capital. Como resultado, surgiu o Império Britânico, cujo poder geopolítico durou até a Segunda Grande Guerra, quando o Petróleo iniciou a substituição do Carvão como fonte primária de energia.
A partir dessa época, a indústria se tornou economicamente mais importante do que a agricultura, produziu um aumento no padrão de vida do mundo ocidental, e deu origem ao Capitalismo.
Além da indústria têxtil, nasceram as indústrias do aço, química, cimento, papel, vidro, transporte e mineração.
O conhecimento científico e tecnológico se tornou, juntamente com o Capital e a mão de obra, fator estratégico para o desenvolvimento.
Era da Padronização
Com a Revolução Industrial emergiu a necessidade de padronização. Padrões universais de pesos e medidas despontaram para facilitar o comércio e os processos de fabricação em massa.
Diversos padrões surgiram na Europa e Américas na tentativa de consolidar indústrias.
Por exemplo, as frequências de 50Hz, adotada na Europa, e de 60 Hz escolhida pelos Estados Unidos da América para a distribuição de eletricidade apareceram nesse período, e sobrevivem até hoje causando problemas técnicos e econômicos.
A eletricidade no Brasil foi implantada com as duas frequências em diversas cidades em função da origem dos equipamentos utilizados. Somente na década de 1960 o Brasil realizou um enorme esforço para unificar o sistema em 60 Hz.
Atualmente, a eletricidade brasileira funciona em 60 Hz, mas seus vizinhos, Argentina e Paraguai utilizam 50 Hz. Essas escolhas históricas dificultam o comercio de energia elétrica na América do Sul.
O Sistema Internacional de Medidas, desenvolvido originalmente pela França, tornou-se universal em 1960.
Contudo, os EUA até hoje não o oficializaram e muitas unidades exóticas permanecem utilizadas na prática.
Era das Máquinas
A Era das Máquinas nasceu no final do século 19, com as invenções dos Telégrafo, Redes Ferroviárias, e a Eletricidade, e terminou com a Segunda Grande Guerra.
As Ferrovias mudaram a sociedade permitindo a locomoção em massa de pessoas e mercadorias e representam o marco inicial da Globalização.
O Telégrafo, o Telefone, e a Eletricidade revolucionaram a comunicação e a vida das pessoas.
Idade do Plástico
A Idade do Plástico se caracteriza pela criação de materiais inexistentes na natureza.
Isto representa um marco na ciência dos materiais porque, pela primeira vez na história, a ciência tornou possível a criação de novos materiais.
A Baquelite e o Náilon revolucionaram os produtos, os hábitos, e os processos de fabricação.
A Baquelite consiste na combinação, por polimerização, do Fenol com o Formaldeído sob calor e pressão. Ela se caracteriza pela estabilidade, resistência elétrica, e resistência ao calor.
Por isso, grande parte dos dispositivos elétricos utilizaram este material durante muito tempo e ele marcou o início da era do plástico.
O químico Leo Baekeland a desenvolveu em 1907 e em 1993 foi considerada Marco Histórico da Química Norte Americana. A Figura 4 mostra o telefone preto, que se tornou o símbolo desse material.
Em 1935, Wallace Carothers produziu o primeiro material que podemos denominar de Náilon.
Na realidade, o Náilon representa uma família de polímeros sintéticos, que podem ser fabricados como fibras, filmes ou objetos.
A aplicação mais popular deste material surgiu na década de 1940; a meia feminina. Porém, suas qualidades isolantes permitiram seu uso em equipamentos elétricos.
A partir daí, a química passou a criar quantidades cada vez maiores de novos materiais.
Era Atômica
Essa revolução começou com a explosão da primeira bomba atômica, mas isso somente se tornou possível com a Física Quântica e Atômica.
O produto interno bruto dos EUA ultrapassou o do Reino Unido, as Engenharias passaram a dominar reunindo os conhecimentos teóricos da química e da física para solucionar problemas e desenvolver novos produtos.
O desenvolvimento das armas nucleares causa arrepios, mas representa o primeiro grande projeto de engenharia nuclear.
Idade do Semicondutor
Finalmente, a Idade do Semicondutor representa outro estágio evolutivo na história dos materiais.
Os semicondutores são materiais sólidos, amorfos ou cristalinos, que funcionam de acordo com a Física Quântica.
Mais uma vez, a ciência desenvolveu novas teorias que permitiram a criação de novos materiais.
As primeiras descobertas começaram no século XIX, mas somente em 1950 surgiram os transistores.
Contudo, a comercialização em massa de rádios portáteis na década de 1960 marcou a fase dos produtos semicondutores.
Idade da Impressão 3D
O mundo vive atualmente uma nova revolução tecnológica decorrente dos plásticos: a impressão 3D.
Estas impressoras permitem a impressão de peças, objetos, e ferramentas em qualquer lugar utilizando diversos tipos de plásticos. As implicações econômicas e sociais se tornaram incalculáveis. Porém, esta tecnologia não teria ocorrido sem os computadores, que são fruto da Idade do Semicondutor.
Idades do Futuro
Observa-se que a duração das Idades dos Materiais diminui cada vez mais em decorrência da rapidez da evolução da ciência, que alimenta o avanço tecnológico.
Conforme visto acima, o uso dos materiais começou empiricamente, mas, com a evolução da ciência, a teoria se tornou cada vez mais importante.
Por isso, teoria e prática andam de mãos dadas na ciência dos materiais, o pilar da engenharia.
Novas conquistas científicas revolucionam a ciência dos materiais.
Os transistores, as lâmpadas LED, e futuros computadores quânticos constituem exemplos de aplicação prática da Mecânica Quântica, desenvolvida a partir de 1930.
Os Biomateriais, os Materiais Inteligentes e os Nanomateriais se encontram disponíveis, mas ainda não geraram produtos de massa.
Suas aplicações somente surgirão quando os engenheiros entenderem esta nova ciência.
Por isso, precisamos aprender hoje a ciência que produzirá os materiais do futuro.