Classificació i Enllaços dels Materials

Classificació dels Materials

Metalls

Són deformables, condueixen perfectament la calor i l'electricitat, i són opacs a la llum. Alguns exemples inclouen:

• Ultralleugers (Magnesi)
• Lleugers (Alumini)
• Pesats (Ferro, Coure, Wolfram)

Punts de fusió:

• Estany: 250 °C
• Wolfram: 3200 °C

Polímers

Origen en el carboni. Són lleugers, flexibles o rígids (no doplegables), amb un punt de fusió baix (aproximadament 150 °C). La majoria dels plàstics (no tots) tenen baixa densitat, són impermeables, bons aïllants elèctrics, resistents a la corrosió, però no són biodegradables i tenen una resistència mecànica limitada. Són bons aïllants tèrmics, però la majoria no resisteixen temperatures massa altes.

Ceràmics

Són fràgils, materials aïllants elèctrics i tèrmics, refractaris, i a temperatures elevades són més resistents que els metalls i els polímers. Mecànicament, les ceràmiques són dures i molt fràgils.

Compostos

Combinació de dos o més materials diferents. Presenten baixa densitat i alta resistència mecànica.

Naturals

Origen: ésser viu (fustes, gel, fibres, cotó). Es degraden amb el pas del temps.

Estructura de l'Àtom

L'àtom està format per un nucli, compost per dos tipus de partícules (protons i neutrons), el qual està envoltat d'un núvol d'electrons en moviment. Protons i electrons estan carregats elèctricament.

Cada element químic es caracteritza per un nombre concret de protons en el seu nucli, anomenat nombre atòmic Z.

La massa atòmica d'un àtom concret és la suma de les masses dels protons i dels neutrons del nucli. Els àtoms que poden tenir diferents nombres de neutrons en el seu nucli s'anomenen isòtops.

Per tenir en compte l'existència d'isòtops en alguns elements, s'introdueix el concepte de pes atòmic, que correspon al pes ponderat de les masses atòmiques dels isòtops d'acord amb la seva abundància a la naturalesa.

Model Atòmic de Bohr

Descriu els electrons d'un àtom en termes de posició (orbitals electrònics) i d'energia (nivells d'energia quantitzats). Aquest model suposa que els electrons giren al voltant del nucli de l'àtom en orbitals concrets.

Un electró pot variar la seva quantitat d'energia, però per fer-ho haurà de realitzar un salt quàntic a valors d'energia permesos. Un electró pot saltar d'orbital a orbital, i en fer-ho, absorbeix energia si salta cap a un nivell superior, o emet energia si salta cap a un nivell inferior.

El pas d'un electró d'un orbital a un altre provoca una emissió o absorció d'energia d'acord amb la diferència d'energia entre els dos nivells energètics.

La Taula Periòdica

És un sistema de classificar els elements d'acord amb la seva configuració electrònica. Els elements que coincideixen en una columna o grup tenen estructures electròniques de valència similars, així com propietats físiques i químiques també similars. Coneixent la posició que ocupa un element dins la taula periòdica podem conèixer les seves propietats químiques.

Els elements situats en el grup de més a la dreta, o Grup 18, són els gasos nobles, i per tant, tots els elements d'aquest grup tenen tots els nivells d'electrons plens i, per tant, tenen configuració electrònica estable.

S'observa que la majoria d'elements es classifiquen com a metalls. Els metalls s'anomenen electropositius, perquè poden perdre electrons amb facilitat i adquirir, per tant, càrrega elèctrica positiva. Els elements situats a la dreta de la taula periòdica se'ls anomena no metalls i són electronegatius, ja que poden acceptar amb facilitat electrons i carregar-se negativament.

Enllaç Atòmic

Si existeix afinitat química entre els àtoms, aquests s'uneixen mitjançant els enllaços atòmics. Quan no es dóna afinitat química, els àtoms no s'uneixen, i cada àtom està separat dels altres. Quan es dóna aquesta situació, els àtoms es troben en estat gasós a temperatura i pressió ordinària. Exemples d'aquests elements gasosos són l'heli, el neó, l'argó, el criptó, el xenó i el radó. Aquests elements tenen l'últim orbital completament ple, per tant, tenen la configuració electrònica estable, i per tant no són reactius amb altres elements. Els elements que tenen la configuració electrònica estable s'anomenen gasos nobles.

Tipus d'Enllaç Químic en els Sòlids

En els sòlids es donen tres tipus d’enllaços químics: enllaç iònic, enllaç covalent i enllaç metàl·lic, i en tots ells hi ha implicats els electrons de valència, i per tant la formació d’un o altre tipus d’enllaç depèn de l’estructura atòmica dels elements que el formen.

Enllaç Iònic: Normalment es dóna entre elements d'àtoms molt electropositius (metalls) amb d'altres de molt electronegatius (no metalls). En aquest enllaç, els àtoms d'un element metàl·lic cedeixen amb facilitat els seus electrons de valència a àtoms d'un element no metàl·lic, que al mateix temps és un bon receptor d’electrons.

Enllaç Covalent: Aquest enllaç consisteix a compartir electrons de valència entre àtoms veïns. Cada un dels àtoms que estan units mitjançant aquest enllaç contribueixen a aquest enllaç aportant-hi com a mínim un electró. Els electrons compartits es consideren dels dos àtoms.

Enllaç Metàl·lic: Aquest enllaç es dóna per la facilitat que tenen els elements metàl·lics en cedir els seus electrons. Els electrons de valència dels metalls no pertanyen a cap àtom en particular i tenen força llibertat per circular a través de tot el metall. Els electrons dels metalls es desplacen amb facilitat des d'un orbital a un altre orbital d'un altre àtom. Els metalls cedeixen electrons, tenen força llibertat per desplaçar-se, d'aquí la conductivitat. L'enllaç metàl·lic té caràcter no direccional. A causa de l'alta mobilitat dels electrons s'explica que els metalls siguin opacs i reflecteixin la llum, també són dúctils, amb alta deformació abans de la fractura.