Fundamentos de la Ciencia de Materiales: Propiedades, Procesos y Nanotecnología
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Propiedades Fundamentales de los Materiales
Las propiedades mecánicas son características intrínsecas de los materiales que describen su comportamiento bajo la aplicación de fuerzas externas. Comprender estas propiedades es crucial para la selección y el diseño de materiales en diversas aplicaciones.
Tenacidad
La tenacidad es la capacidad de un cuerpo de soportar golpes sin romperse.
Ductilidad
La ductilidad es la capacidad de un cuerpo de formar alambres o hilos.
Dureza
La dureza es la capacidad que tiene un cuerpo al ser rayado.
Maleabilidad
La maleabilidad es la capacidad de un cuerpo para formar láminas.
Materiales Naturales: Materias Primas y Minerales
La base de la industria y la manufactura reside en la extracción y procesamiento de materiales obtenidos directamente de la naturaleza.
Materia Prima
La materia prima son los materiales extraídos de la naturaleza para fabricar nuevos productos.
Mineral
Un mineral es una sustancia sólida compuesta que se da naturalmente en la corteza terrestre (ej. oro). En su composición tiene que haber al menos un metal y un no metal (ej. hierro).
Mena
La mena es un mineral con cantidades suficientes de metal con interés económico (por ejemplo, la plata que se extrae de la argentita).
El Acero: Composición y Proceso de Obtención
El acero es uno de los materiales más importantes y versátiles en la ingeniería moderna, gracias a sus propiedades ajustables.
Definición y Propiedades
El acero es una aleación de hierro y carbono en diferentes cantidades que, dependiendo del tratamiento, obtiene diferentes propiedades.
Proceso de Obtención del Acero
Se obtiene por reducción mediante calor. Consiste en cuatro pasos:
- Se trituran y se vierten por capas en un alto horno: hierro, carbón y piedra caliza.
- En el horno se separa el hierro del oxígeno debido a la combustión del carbón. El hierro líquido se queda en el fondo debido a la densidad y se saca para verterlo en recipientes llamados torpedos.
- Se reduce el carbono de la fundición mediante el afino. El hierro fundido se vierte con cuchara en un horno convertidor en el que se introduce oxígeno.
- En el horno convertidor, el oxígeno quema parte del carbono y el hierro se convierte en acero.
Coltán: Un Mineral Estratégico y sus Implicaciones
El coltán es un mineral de gran valor estratégico y económico, pero su extracción ha generado importantes conflictos.
El coltán es la abreviatura que se utiliza en África para referirse a la columbita y a la tantalita, que se suelen encontrar juntos formando parte de determinados tipos de granito. Su valor es muy alto, por lo que controlar su producción es un negocio rentable para gobiernos, distribuidores y fabricantes. Debido a su gran valor, en el Congo se han producido luchas por las zonas en las que abunda, originando millones de muertes, esclavitud y el desplazamiento de muchas personas a otras zonas.
Plásticos: Polímeros Sintéticos y su Impacto
Los plásticos son materiales omnipresentes en la vida moderna, con una amplia gama de aplicaciones y un impacto significativo en el medio ambiente.
Definición y Composición
Los plásticos son materiales artificiales que tienen una gran variedad de aplicaciones y que tienen en común que pueden adquirir fácilmente la forma que les convenga. Están formados por moléculas llamadas monómeros que se unen en un proceso llamado polimerización.
Beneficios y Desventajas de los Plásticos
Los beneficios de utilizar los plásticos son:
- Tienen bajo coste.
- Son útiles para muchas cosas.
- Se pueden reciclar.
La desventaja que tienen es que contaminan mucho, ya que tardan mucho en degradarse.
Nanociencia y Nanomateriales Avanzados
La nanociencia abre nuevas fronteras en la comprensión y manipulación de la materia a escalas extremadamente pequeñas, dando lugar a materiales con propiedades únicas.
Concepto de Nanociencia
La nanociencia es el estudio de los sistemas cuyo tamaño es de unos pocos nanómetros (10-9 m). A nivel científico, se ha vuelto muy importante debido a los nuevos instrumentos capaces de ver y tocar a esa escala dimensional.
El Fullereno: Una Forma Molecular del Carbono
El fullereno es la tercera forma molecular más estable del carbono (tras el grafito y el diamante). Su estructura se puede encontrar en forma de buckyball (que se utiliza para medicamentos) y en forma de nanotubos (que sirven como conductor).