Els Materials: Classificació i Propietats Essencials

Els materials i la seva classificació

Què són els materials?

Els materials són els productes utilitzats en la fabricació d'objectes. Tenen el seu origen en el medi natural i són el resultat d'un procés de transformació i conformació (aplicar una determinada forma).

La història de la humanitat ha anat lligada als materials. El temps històric es mesura sovint d'acord amb el material que s'utilitza. Així tenim, l'edat de pedra, l'edat dels metalls (del coure, del bronze i del ferro), l'era dels plàstics o del silici.

Els materials tenen el seu origen en les matèries primeres que són els productes que s'extreuen directament del medi natural, com la fusta, els minerals, el carbó, el petroli...

Classificació de les matèries primeres

• Minerals: pedra, grava, sorra, argila, guix, petroli, coure, plata, or...
• Animals: pells, llana, cera, ivori...
• Vegetals: fusta, suro, làtex, cotó, cànem, lli, espart...

Classificació dels materials

• Naturals: aquells que provenen de la natura i que només han estat sotmesos a processos físics de neteja, classificació, tall o altres operacions mecàniques: plaques de pissarra, fusta, fil de cotó, llana, ivori...
• Artificials: materials naturals que han estat sotmesos a processos de mescles o transformació química: vidre, paper, ceràmica, ciment, conglomerat, bronze, acer...
• Sintètics: s'obtenen a partir de la síntesi o unió química de diferents o iguals substàncies, com són els processos de polimerització: polièster, melamina, PVC, plexiglàs, poliestirè.

El procés de fabricació dels materials comença a la natura o al laboratori i la seva finalitat és formar part d'un objecte o proporcionar energia.

Propietats dels materials

Les propietats dels materials són el conjunt de característiques que tenen aquests i que permeten definir-los i diferenciar-los.

Tipus de propietats

Podem classificar les propietats dels materials en:

• Mecàniques: són aquelles que observem quan els apliquem forces. Segons com responguin quan els apliquem diferents tipus de forces, direm que tenen unes propietats o unes altres.
• Físiques: són aquelles característiques que posseeixen els materials en tot moment, pel fet de ser com són; és a dir, per la manera com tenen organitzats i relacionats entre si els àtoms i les molècules que els formen, pel pes atòmic dels seus àtoms, etc. És a dir, no necessiten que els apliquem cap força.
• Químiques: es refereixen al comportament d’un material quan el sotmetem a l’acció d’agents químics o atmosfèrics. Resistència a la corrosió i oxidació.

Propietats mecàniques

Determinen el comportament dels materials quan actuen sobre ells una o més forces.

La resistència mecànica

La resistència és la capacitat per suportar forces sense trencar-se (exemple: ferro).

Quan apliquem una força a un material, hi produïm una deformació, de tal manera que si augmentem aquesta força podrem arribar a trencar-lo. La capacitat que té un material de suportar un esforç sense trencar-se o deformar-se és la resistència mecànica.

Es consideren cinc tipus de resistències mecàniques:

• Tracció: Esforç que tendeix a estirar el material. Deformació: Allargament. (Exemple: cables d'un pont).
• Compressió: Esforç que tendeix a aixafar o comprimir el material. Deformació: Aixafament. (Exemple: columnes d’un porxo).
• Flexió: Esforç que tendeix a corbar el material. Deformació: Corbament. (Exemple: una bastida).
• Torsió: Esforç que tendeix a tòrcer el material. Deformació: Retorçament. (Exemple: la clau d’un pany).
• Cisallament (o tall): Esforç que tendeix a tallar el material. Deformació: Tall. (Exemple: les tisores).

Tenacitat i fragilitat

Propietats relacionades amb la capacitat de suportar cops.

• Un material és tenaç quan té una alta capacitat de suportar cops sense trencar-se (exemple: acer).
• Un material és fràgil quan es trenca amb facilitat (exemple: vidre).

Elasticitat i flexibilitat

• Elasticitat: capacitat de recuperar la forma original després d'haver estat deformats (exemple: cautxú).
• Un material és rígid quan no es pot doblegar amb facilitat.
• Un material és flexible si es pot doblegar amb facilitat.

Duresa

Grau d'oposició que presenta un cos a ser ratllat o penetrat per un altre cos. Els materials com el guix són tous i poden ratllar-se amb qualsevol altre material, i el diamant és molt dur i no hi ha cap altre material que el pugui ratllar.

Cal no confondre duresa amb resistència o tenacitat. El vidre és un material dur (presenta resistència a ser ratllat), però fràgil i poc resistent (es trenca amb relativa facilitat).

En general, els cossos durs són fràgils i els tous, tenaços i resistents.

Plasticitat

Capacitat dels materials de canviar la forma permanentment (exemple: plastilina). D'aquesta propietat se'n deriven:

• Ductilitat: propietat que permet la deformació del material en fils prims (exemple: coure).
• Mal·leabilitat: capacitat dels materials de formar làmines (exemple: alumini).

Propietats físiques

Són aquelles característiques que posseeixen els materials en tot moment, pel fet de ser com són; és a dir, per la manera com tenen organitzats i relacionats entre si els àtoms i les molècules que els formen, pel pes atòmic dels seus àtoms, etc. És a dir, no necessiten que els apliquem cap força.

Densitat

És la relació entre la massa i el volum. Determina que un material sigui lleuger o pesant.

D = m / V (Kg/m³ o g/cm³)

Dilatació

Capacitat d'augmentar les seves dimensions en escalfar-se (exemple: junta de dilatació).

Conductivitat elèctrica

Capacitat de deixar passar el corrent elèctric.

Conductivitat tèrmica

Capacitat de propagar la calor.

La conductivitat tèrmica i elèctrica dels materials determina la seva capacitat d'aïllament i es parla de materials conductors i materials aïllants.

Magnetisme

Propietat que presenten alguns materials de ser atrets per un imant (exemple: ferro, níquel, acer).

Propietats químiques

Es refereixen al comportament d’un material quan el sotmetem a l’acció d’agents químics o atmosfèrics.

Oxidació

És l’alteració en les propietats d’un objecte metàl·lic (principalment) deguda a l’acció de l’aire i de l’aigua (medi ambient).

Corrosió

Per les mateixes causes de l’oxidació, però arribant a un punt de destrucció de l’estructura física del material.