Explorando la Diversidad de Materiales: Polímeros, Metales, Cerámicos y su Impacto Ambiental

^1. Materiales Polímeros

1.1. Definición y Clasificación

Un polímero es un compuesto molecular con gran masa molecular, formado por muchas unidades repetidas, también denominadas macromoléculas. Las propiedades físicas de los polímeros difieren de las moléculas pequeñas comunes, requiriendo técnicas especiales para su estudio.

Entre los polímeros naturales se encuentran las proteínas, los ácidos nucleicos, la celulosa y el caucho. Ejemplos comunes de polímeros sintéticos son el nylon y la lucita.

Los polímeros se forman por polimerización o condensación.

Reacción de Polimerización: Resultado de la adición de dos o más monómeros con enlaces múltiples. Puede ocurrir copolimerización con dos o más monómeros distintos, siendo lineal o ramificada.

Reacción de Condensación: Reacción entre monómeros con grupos funcionales reactivos, liberando una molécula pequeña, generalmente agua.

Los polímeros se clasifican según:

• Origen
• Estructura molecular
• Forma de síntesis
• Respuesta mecánica

1.1.1. Clasificación por Origen

• Polímeros Naturales: De origen animal o vegetal, usados por siglos (algodón, seda, lana, cuero, madera, caucho).
• Polímeros Biológicos: Naturales, cruciales en procesos bioquímicos (proteínas, enzimas, almidón, celulosa).
• Polímeros Sintéticos: Desarrollados industrialmente (siliconas, nylon, teflón, PVC).

1.1.2. Clasificación por Estructura Molecular

• Polímeros Lineales: Cadenas largas no ramificadas (polietileno, seda).
• Polímeros Ramificados: Cadena principal con cadenas laterales.
• Polímeros Entrecruzados: Cadenas lineales unidas transversalmente por enlaces covalentes.
• Polímeros Reticulados: Macromoléculas con cadenas y ramificaciones entrelazadas en tres dimensiones (baquelita, epoxy).

1.1.3. Clasificación por Respuesta Mecánica

• Elastómeros: Sufren deformaciones elásticas.
• Plásticos: Termoestables o termoplásticos.
• Fibras: Deformables longitudinalmente.

1.2. La Química del Carbono y Compuestos Orgánicos

La química orgánica estudia los compuestos del carbono, esenciales para los organismos vivos. Elementos principales: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

Características de los compuestos orgánicos:

• Enlaces covalentes mayoritariamente.
• Puntos de fusión y ebullición bajos.
• Poco solubles en agua.
• Moléculas apolares o poco polares.
• Estructuras moleculares complejas.
• Se descomponen al calentar.

El carbono forma cuatro enlaces covalentes (simples, dobles o triples), uniéndose a otros carbonos en cadenas.

Representación de compuestos orgánicos:

• Empírica: Proporción de elementos.
• Molecular: Número total de átomos.
• Estructural: Todos los enlaces.
• Isomería: Misma fórmula molecular, diferente estructura.

Clases de Compuestos Orgánicos

Derivados de hidrocarburos (carbono e hidrógeno). El carbono forma enlaces sencillos, dobles y triples, y estructuras cíclicas.

1.3. Propiedades de los Polímeros

A altas temperaturas, son líquidos viscosos; a bajas, sólidos rígidos. Pueden ser amorfos o cristalinos según su estructura.

Malos conductores eléctricos, usados como aislantes.

Según su Comportamiento al Elevar la Temperatura

• Termoestables: No fluyen, se descomponen al calentar.
• Termoplásticos: Fluyen al calentar, se endurecen al enfriar.

2. Materiales Metálicos

2.1. Propiedades

Sustancias inorgánicas de uno o más elementos metálicos, a veces con no metálicos. Ferrosos (hierro y derivados) y no ferrosos.

Propiedades: sólidos (excepto mercurio), opacos, brillantes, alta densidad, dúctiles, maleables, alto punto de fusión, duros, buenos conductores.

2.2. Aleaciones

Mezclas de metal principal con otros elementos para mejorar propiedades. El acero es la aleación más común.

Inconvenientes: alta densidad, baja conductividad eléctrica, corrosión.

3. Materiales Cerámicos

3.1. Estructuras Cerámicas

Compuestos inorgánicos de elementos metálicos y no metálicos con enlaces iónicos/covalentes y estructura cristalina.

• Iones metálicos (cationes) y no metálicos (aniones).
• Estructura determinada por carga y tamaño de iones.

3.3. Propiedades

Duros, frágiles a temperatura ambiente. Deformables a altas temperaturas.

Magnéticas: Algunas cerámicas son ferrimagnéticas.

Eléctricas: Aislantes eléctricos.

Térmicas: Baja conductividad térmica, usados como refractarios.

3.4. Vidrios

Mezcla de sílice, álcalis y cal. Sustancia amorfa, maleable en caliente, quebradizo en frío.

3.5. Productos de Arcilla

• Arcillas y Porcelanas: Aluminosilicatos con agua.
• Refractarios: Soportan altas temperaturas sin fundirse.

4. Materiales Compuestos

Combinación de dos o más materiales insolubles.

4.1. Hormigones Reforzados con Fibras

Hormigón con fibras para mejorar resistencia y tenacidad.

5. Química del Medio Ambiente

5.1. El Aire

Mezcla de gases en la atmósfera terrestre, esencial para la vida.

5.2. Constituyentes de la Atmósfera

• Nitrógeno: 78%
• Oxígeno: 21%
• Dióxido de Carbono: 0.03%
• Argón: 0.97%

Capas de la atmósfera: troposfera, estratosfera, mesosfera, ionosfera, exosfera.

5.3. Ozono

Gas azul de olor picante, protege de rayos UV.

5.4. Efecto Invernadero

Calentamiento de la superficie terrestre por gases atmosféricos.

5.5. Lluvia Ácida

Precipitación con pH menor a 5.65, causada por contaminantes.

5.6. Esmog Fotoquímico

Contaminación del aire en zonas urbanas, con ozono y otros compuestos.