Materiales: Origen, Propiedades, Clasificación y Aplicaciones Clave

Origen y Composición de los Materiales

Los materiales están formados por átomos, los cuales se organizan en la tabla periódica. Aproximadamente 90 de estos elementos son naturales. Su formación ha ocurrido en diferentes etapas:

• Primeros instantes del universo: Helio (He) y Litio (Li).
• Interior de estrellas por fusión: Hidrógeno (H) y Helio (He) para formar Carbono (C), Nitrógeno (N) y Oxígeno (O).
• Explosiones de supernovas: Oro (Au) y Plata (Ag).

La Materia Orgánica y los Compuestos Químicos

Los átomos son las partículas constitutivas de los elementos químicos, cada uno con sus propiedades distintivas. Los elementos se combinan para formar compuestos químicos (ej. yeso). Tanto los elementos como los compuestos pueden mezclarse para mejorar sus propiedades o para crear materiales con características completamente nuevas.

Selección y Obtención de Materiales

Criterios de Selección

La selección de un material adecuado implica considerar varios factores clave:

• Propiedades: Físicas y mecánicas adecuadas.
• Procesabilidad: Facilidad para procesar o manufacturar el material.
• Economía: Solución económica.
• Sostenibilidad: No nocivo para el medio ambiente.

Fuentes de Obtención

La investigación de nuevos materiales se basa en el conocimiento de su estructura y propiedades para la elección del material más adecuado. Los materiales se pueden obtener de diversas fuentes:

• Naturales: Madera.
• Transformados: Papel, caucho.
• Artificiales o sintéticos: Plásticos.
• Reciclados: Papel.

Propiedades y Clasificación General de Materiales

Tipos de Propiedades

Las propiedades de los materiales pueden ser:

• Sensoriales
• Fisicoquímicas
• Mecánicas
• Tecnológicas
• Ecológicas

Clasificación Principal

Los materiales se clasifican en diversas categorías:

Materiales Metálicos

Elementos químicos caracterizados por ser buenos conductores del calor y la electricidad. Se clasifican en férreos y no férreos.

Materiales Poliméricos (Plásticos)

De origen orgánico, constituidos por macromoléculas naturales o sintéticas de elevado peso molecular. Se clasifican en termoplásticos, termoestables y elastómeros.

Materiales Cerámicos

Compuestos o soluciones inorgánicas de elementos metálicos y no metálicos. Se clasifican en cerámicas convencionales y avanzadas.

Madera

Obtenida de la parte leñosa de los árboles, utilizada, entre otros, como combustible.

Pétreos

Extraídos de las rocas.

Papel

Se obtiene a partir de pasta de papel elaborada con tejidos vegetales.

Impacto Ambiental del Papel

Soluciones para la Deforestación

Para mitigar la deforestación asociada a la producción de papel, se proponen las siguientes soluciones:

• Plantación y tala controlada.
• Reutilización de fibras de papel usado.
• Reciclado y consumo de productos de papel reciclado.

Metales: Tipos y Procesos

Clasificación de Metales

Los metales se dividen en:

• Metales Ferrosos: Contienen hierro. Ejemplos: hierro fundido, acero y acero inoxidable.
• Metales No Ferrosos: No contienen hierro. Se clasifican en aleaciones pesadas, ligeras y superligeras.

Metalurgia y Siderurgia

La metalurgia es la ciencia y técnica de la obtención y tratamiento de los metales.

Metalurgia Extractiva

Se enfoca en la obtención comercial de metales a partir de sus menas y su preparación para el uso. Sus etapas incluyen:

• Extracción de la mena.
• Pretratamiento de menas.
• Reducción de metales libres.
• Afino.

El hierro es el metal más utilizado, siendo su principal aleación el acero.

Siderurgia

Es la técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de este metal o de sus aleaciones.

La Corrosión Metálica

La corrosión metálica es un ataque químico que sufre un material debido al ambiente en el que se encuentra, siendo comúnmente un proceso electroquímico. Representa una de las mayores pérdidas económicas a nivel global.

Plásticos y Polímeros

Obtención y Clasificación

Los plásticos se obtienen artificialmente a partir de monómeros que se unen en gran número para formar moléculas más complejas, conocidas como polímeros, mediante un proceso denominado polimerización. Algunos ejemplos y su clasificación incluyen:

• PET: Polietileno Tereftalato.
• PVC: Policloruro de Vinilo.
• PS: Poliestireno.

Nanociencia: El Mundo a Escala Atómica

La nanociencia es la disciplina que estudia todos los aspectos científicos a escala nanométrica (1 nanómetro = 10⁻⁹ metros). Gracias a microscopios de efecto túnel, es posible 'ver' e incluso manipular átomos individualmente.