Materiales químicos

Vivimos en un entorno que nos rodea de elementos que tienen diferentes naturalezas. Todos estos elementos tienen masa y ocupan un espacio, es decir, tienen materia. La materia se presenta con características diferentes y, para cada una de estas variaciones que presenta, se le llama material.
Los más comunes son la madera, el hormigón, el ladrillo, el acero, el plástico, el vidrio, el caucho, el aluminio, el cobre y el papel.

En ingeniería, un material es una sustancia (elemento o, más comúnmente, compuesto químico) con alguna propiedad útil, ya sea mecánica, eléctrica, óptica, térmica o magnética.
Los materiales químicos se presentan en tres estados físicos fundamentales: sólido, líquido y gaseoso. Un material químico es sólido cuando tiene una forma y un volumen constantes. Por otra parte, se considera que un material químico es líquido cuando su forma está definida por el envase o recipiente que lo contiene, que presenta un volumen constante. Mientras tanto, los materiales químicos gaseosos no tienen forma o volumen propio, la forma de estos materiales químicos depende del recipiente que los contiene y del volumen de la presión que reciben.

Cada material químico tiene ciertos atributos que permiten describirlo. Estas cualidades se denominan propiedades. Estas propiedades se clasifican en «propiedades características» (intensivas) y «propiedades no características» (extensas). Las propiedades no características de los materiales son la masa, el volumen y la temperatura. Por otro lado, las propiedades características de los materiales son el punto de fusión, el punto de ebullición, la curva de calentamiento, la densidad y la solubilidad.
En cuanto a la ciencia de los materiales, esta área se dedica al estudio de las moléculas que componen cada uno de los materiales, con el fin de determinar su rigidez y resistencia, frente a las situaciones o agentes a los que se puede someter, por lo que hemos determinado que esta ciencia se dedica exclusiva y exclusivamente al estudio de estos componentes.

Por eso merece la colaboración de la ciencia de los materiales, que le permitirá determinar y seleccionar adecuadamente el material a utilizar:

Estudio de las propiedades intrínsecas, anatómicas y atómicas del propio material. Esto es para saber cuánto se puede modificar el mismo material.
Determinar la alteración, alteración y modificación de materiales antes de la intervención de otros agentes o antes de la sumisión de fuerzas físicas o químicas.
Evaluar, según la composición de los materiales, su resistencia en el tiempo, ya que el ingeniero debe ser capaz tanto en las propiedades como en la durabilidad de los mismos para los efectos del paso.

Propiedades de los materiales químicos

Las propiedades de los materiales son el conjunto de características que hacen que el material se comporte de una determinada manera ante estímulos externos como la luz, el calor, las fuerzas, el entorno, etc.
Las propiedades químicas de los materiales están entre las más importantes, así como las que se manifiestan al interactuar con materiales de otras sustancias o materiales, lo que a veces conduce a cambios significativos, incluso a transformar el material en un material diferente, lo que se debe a una reacción química.

Las reacciones químicas fundamentales que pueden sufrir los materiales son:

El eslabón metálico:

Es un enlace químico que ocurre en sustancias en estado sólido, específicamente en materiales metálicos en estado sólido. Un enlace metálico mantiene unidos los átomos de los metales, que se agrupan en estructuras compactas.

El enlace covalente:

Ocurre cuando dos átomos o grupos de átomos comparten electrones del último nivel, y la diferencia en la electronegatividad entre los átomos no es lo suficientemente grande para que se produzca una transferencia de electrones. Los enlaces covalentes suelen producirse entre elementos gaseosos o materiales no metálicos.

El enlace iónico:

Es el resultado de una unión de átomos unidos por atracción electrostática entre diferentes iones de señal, es decir, uno altamente electropositivo y otro electronegativo fuertemente. Esta reacción ocurre cuando en el enlace uno de los átomos captura electrones del otro. El enlace iónico ocurre generalmente entre un compuesto metálico y uno no metálico.

Oxidación:

Es la facilidad con la que un material reacciona en contacto con el oxígeno del aire, es decir, se oxida. Cuando el material se oxida en contacto con el agua en lugar de con el aire, es común decir que se corroe.
Propiedades de los materiales químicos (punto de vista técnico)

Las propiedades de los materiales se pueden agrupar de acuerdo a diferentes criterios. Desde un punto de vista técnico, estableceremos la siguiente clasificación:

Propiedades sensoriales:

Podríamos decir que estas propiedades son las menos «importantes» porque, al referirse al aspecto exterior del material, tienen un componente más estético que técnico. Pero, como todos sabemos, en nuestra sociedad de consumo, las cosas entran en nuestros ojos, y por eso pedimos que un producto, además de ciertas condiciones, sea atractivo, y es entonces cuando las propiedades entran en acción.
Las propiedades sensoriales son aquellas relacionadas con la impresión que el material causa en nuestros sentidos.
Las propiedades sensoriales son: el color, el brillo, el olor y la textura.

Propiedades físico-químicas:

Son los que nos informan sobre el comportamiento del material frente a diferentes acciones externas, como el calentamiento, las deformaciones o el ataque de productos químicos.
Estas propiedades se deben a la estructura microscópica del material; es la configuración electrónica de un átomo la que determina los tipos de conexiones atómicas y esto es lo que contribuye a forjar las propiedades de cada material.

Está determinado por las siguientes características:

Calor específico: La cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura de un cuerpo en 1°C. Indica la mayor o menor dificultad que presenta esta sustancia para sufrir cambios de temperatura bajo el suministro de calor.
Conductividad eléctrica: Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a través de él. Según esta propiedad, los materiales pueden ser conductores (cobre, aluminio), aislantes (mica, papel) o semiconductores (silicio, germanio). El ejemplo de las tijeras del electricista es muy representativo. Utiliza un material conductor para las tijeras, debido a sus propiedades de resistencia mecánica, pero un material aislante en la zona donde las sostenemos, para evitar problemas de choque eléctrico cuando las utilizamos.
Conductividad térmica: Es la capacidad de un cuerpo de permitir que el calor pase a través de él.
El material con el que se fabrican las ollas y sartenes debe ser un conductor térmico, para que transmita el calor del fuego a los alimentos.
Magnetismo: Según el comportamiento ante los campos magnéticos, los materiales pueden ser:
Diamagnético (oro, cobre), cuando es opuesto a un campo magnético aplicado, de modo que dentro del campo se debilita.
Paramagnético: (aluminio, platino) cuando el campo magnético interior es ligeramente mayor que el aplicado.
Ferromagnético: (hierro, níquel) cuando el campo se refuerza dentro de los materiales. Estos materiales se utilizan como núcleos magnéticos en transformadores y bobinas en circuitos eléctricos y electrónicos.
Óptica: Son las que determinan la capacidad de un material antes de que la luz pase a través de él. Un material puede ser transparente (vidrio, papel celofán) cuando se pueden ver claramente los objetos situados detrás de él, translúcido (alabastro, mármol) cuando deja la luz, pero no se permite ver claramente a través de él y opaco (madera, cartón) cuando impide que la luz pase a través de él.

Transparencia del vidrio de los vidrios
Translucencia del alabastro tulipán
Opacidad de la madera de la puerta

9. Peso específico: Es la relación entre la masa y el volumen de un material y se conoce como densidad.

Propiedades mecánicas:

Las propiedades mecánicas son aquellas que describen el comportamiento de un material ante las fuerzas que se le aplican, por lo que son especialmente importantes a la hora de elegir el material con el que se debe construir un determinado objeto.

Está determinado por las siguientes características:

1. Tenacidad / Fragilidad: La tenacidad es la capacidad de un material para soportar, sin deformarse ni romperse, los esfuerzos repentinos que se le aplican. La fragilidad es la facilidad de romper un material por la acción de un impacto.

El material de las bolas de billar debe ser tenaz.
La cáscara del huevo es un material frágil.

2. Elasticidad / Plasticidad: La elasticidad es la capacidad de algunos materiales de recuperar su forma y dimensiones primitivas cuando cesa el esfuerzo que los deformaba. La plasticidad es la capacidad de los materiales de adquirir deformaciones permanentes, es decir, de no recuperar su forma y dimensiones originales cuando cesa la tensión que los deforma.

El látex de los guantes es elástico.
La arcilla es un material plástico.

3. Dureza: Es la oposición la que presenta un material para ser rayado por otro. Talco, el material más suave según la escala de Mohs. El diamante, el material más duro según la escala de Mohs. Normalmente decimos que el vidrio, al romperse con mucha facilidad, es difícil. Pero técnicamente esto no es correcto; el vidrio es duro, porque no se raya fácilmente. Debido a que se rompe con facilidad, es frágil.

4. Fatiga: La fatiga es una propiedad que indica el comportamiento de un material ante los esfuerzos, inferior a la ruptura, pero que actúa repetidamente.

Propiedades tecnológicas:

Las propiedades tecnológicas son las que indican la disposición de un material para poder trabajar con él o sobre él.

Está determinado por las siguientes características:

1. Ductilidad: Es la propiedad que tienen algunos metales de poder estirarse sin romperse, permitiendo obtener alambres o alambres.

2. Maleabilidad: La posibilidad de que algunos metales se separen en láminas delgadas sin romperse.

3. Resiliencia: Una medida de la energía que se debe aportar a un material para romperlo.

4. Resistencia mecánica: La capacidad de un material de soportar los diferentes tipos de tensión que existen sin deformarse permanentemente.

5. Soldadura: La posibilidad de que algunos materiales tengan que ser soldados.

6. Capacidad: La capacidad de un material fundido para llenar un molde.

7. Mecanismo: La facilidad con la que algunos materiales pueden ser mecanizados mediante la eliminación de virutas. También se llama maquinabilidad.

8. Acritud: Es el aumento de la dureza y fragilidad que adquieren los materiales cuando se deforman en frío.

Propiedades ecológicas:

Llamamos propiedades ecológicas a aquellas que se relacionan con el impacto producido por los materiales sobre el medio ambiente, tanto en su fabricación, durante su ciclo de vida como cuando dejan de ser útiles.

Está determinado por las siguientes características:

1. Reciclabilidad: Característica de los materiales que pueden ser reciclados, es decir, materiales que pueden ser utilizados para fabricar otros materiales.

2. Reutilización: Cuando se puede reutilizar el material para el mismo uso.

3. Toxicidad: Propiedad de algunos materiales nocivos para el medio ambiente, ya que pueden ser venenosos para los seres vivos y contaminar el agua, el suelo o la atmósfera.

4. Biodegradabilidad: Materiales cuya naturaleza tarda un tiempo en descomponerse naturalmente en otras sustancias.