Clasificación y Propiedades de los Materiales
Introducción
Este documento explora la clasificación y las propiedades de los materiales, desde su origen hasta sus aplicaciones. Se analizarán los materiales minerales, biológicos y sintéticos, así como sus características y usos.
1. Materiales y Materia Prima
Material: Cualquier tipo de sustancia que se utiliza para la construcción de un objeto.
Materia Prima: Recursos obtenidos de la naturaleza para usarlos en procesos de producción.
2. Propiedades de los Materiales
Los materiales poseen diversas propiedades, incluyendo:
- Electromagnéticas
- Térmicas
- Químicas
- Ópticas
- Mecánicas (de gran relevancia en la fabricación)
3. Propiedades Mecánicas
Las propiedades mecánicas más importantes son:
- Dureza
- Tenacidad
- Plasticidad
- Elasticidad
- Ductilidad
- Maleabilidad
4. Clasificación de los Materiales
Una posible clasificación se basa en su composición y aplicaciones:
4.1. Origen Mineral
- Metales y Aleaciones
- No Metales
4.2. Origen Biológico
- Vegetal
- Animal
4.3. Sintéticos
- Polímeros
- Nanotecnología
- Eléctricos
- Siliconas
- Inteligentes
- Híbridos
Los materiales de origen biológico se obtienen de forma directa o indirecta de la naturaleza.
5. Metales y Aleaciones
Metal Puro: Material formado por un único elemento químico.
Aleación: Material formado por dos o más elementos.
6. Metales Puros
Se obtienen de la naturaleza, generalmente mediante procesos costosos y complejos. Sus propiedades incluyen:
- Alta dureza
- Gran maleabilidad y ductilidad
- Alta resistencia mecánica
- Fácil reciclabilidad
6.1. Cobre
Uno de los primeros metales utilizados por el ser humano.
6.2. Hierro
Metal empleado por la humanidad hace más de 2500 años.
6.3. Plomo
Metal de gran uso en la época del Imperio Romano, hoy se conoce su toxicidad y difícil eliminación del cuerpo humano. Se caracteriza por su gran maleabilidad y fácil extracción.
6.4. Oro y Plata
Metales preciosos usados en joyería.
Plata: Muy dúctil y maleable, buen conductor eléctrico y de calor, alta resistencia a la corrosión. Se usa en la protección de satélites y sondas espaciales.
7. Aleaciones
7.1. Aleaciones Ferreas
El principal exponente es el acero. El 90% de los aceros usados en la industria son aceros de carbono.
7.2. Aleaciones No Ferreas
- Bronce: Baja corrosión y propiedades similares al acero.
- Latón: Mayor dureza y ductilidad que el cobre.
- Duraluminio: Aleación de aluminio con alta resistencia mecánica.
8. Materiales Minerales No Metálicos
Grupo heterogéneo de materiales que incluye:
- Cerámicos
- De construcción
- Vidrio
8.1. Materiales Cerámicos
El término cerámica se aplica a todos los objetos fabricados a partir de arcillas. Se usan en construcción, alfarería y fabricación de objetos refractarios.
8.2. Materiales de Construcción
El más importante es la familia de los cementos (conglomerantes de arcilla, caliza y otros), que mezclados con agua, gravas y arenas, forman el hormigón. En combinación con estructuras de hierro, plástico o fibra de vidrio, forman el hormigón armado.
8.3. Vidrio
Sustancia fabricada a partir de sílice, fundida a altas temperaturas con boratos y fosfatos. Es amorfo y frágil.
9. Materiales de Origen Biológico
Se obtienen a partir de vegetales y animales.
9.1. Origen Vegetal
- Papel: Polímero natural de glucosa.
- Madera: Formada por glucosa y lignina.
- Fibras Textiles: Algodón, lino, etc.
9.2. Origen Animal
- Lana
- Seda
- Cuero
10. Polímeros
Macromolécula compuesta por largas cadenas de monómeros. Sus propiedades dependen del monómero y de su estructura espacial.
11. Clasificación de Polímeros
11.1. Según su Origen
- Naturales: Celulosa
- Artificiales: Nitrocelulosa, rayón, caucho vulcanizado
- Sintéticos: Nailon, poliestirenos, poliésteres, poliuretano, PVC, polietileno, metacrilato
11.2. Según sus Propiedades Físicas
- Elastómeros
- Plásticos
- Duroplastos
11.3. Según su Respuesta al Calor
- Termoplásticos
- Termoestables
12. Nuevos Materiales
12.1. Materiales Eléctricos
- Semiconductores
- Superconductores
- Piezoeléctricos
12.2. Nanotecnología
Estudia, obtiene y manipula materiales a escalas microscópicas. Los nanotubos son estructuras tubulares de pocos nanómetros de diámetro con comportamiento semiconductor y superconductor.
12.3. Otros Nuevos Materiales
- Siliconas: Polímeros cuyas cadenas no están formadas a partir del carbono.
- Materiales Inteligentes: Responden de forma reversible a estímulos externos.
- Materiales Híbridos: Compuestos por una matriz y fibras (vidrio, carbono, etc.).
13. Ciclo de Vida y Reciclaje
Ciclo de Vida: Secuencia de eventos que sigue un producto desde la obtención de la materia prima hasta su desecho o reciclaje.
Reciclaje: Proceso que consiste en someter un material a un proceso fisicoquímico o mecánico para obtener un nuevo producto.
Recuperación: Los materiales reciclables deben poder recuperarse y separarse con facilidad.
Transformación: Deben poder revertirse a materia prima mediante procedimientos económicos y con bajo impacto ambiental.
Consumo: El material reciclado debe conservar las propiedades del material original para su óptimo reaprovechamiento.