TIPOS DE MATERIALES

¿ QUE TIPOS DE MATERIALES HAY?

METALICOS

Los metales poseen propiedades llamadas metálicas, las cuales, si bien no son exclusivas de ellos, las tienen en grado suficiente como para caracterizarlos. Este carácter especial es consecuencia de la naturaleza de sus átomos y sus enlaces.

• acereos
• aluminios y aleaciones
• cobre y sus aleaciones
• aleaciones especiales

ESTRUCTURA DE LOS METALES

Se llama estructura de los metales a la disposición ordenada y geométrica, en el espacio, de los constituyentes de la materia en estado sólido (átomos, moléculas y grupos de moléculas).

La estructura está íntimamente ligada con el comportamiento de un metal, por lo que es conveniente efectuar un estudio elemental de la misma.

Hay que considerar dos tipos de estructura: La cristalina y la granular. 

ESTRUCTURA CRISTALINA

En ésta, los átomos están ordenados en el espacio según una red geométrica, constituida por repetición de un elemento básico llamado cristal.

 ESTRUCTURA GRANULAR

En ésta, el elemento fundamental es el grano, constituido por agrupación de cristales. 

Los granos tienen gran importancia en las propiedades mecánicas de los metales. Los granos son de forma irregular y su tamaño oscila entre 0,02 y 0,2 mm, lo cual depende, principalmente:

-Del proceso de fabricación del metal.

-De los procesos térmicos a que se haya sometido el metal.

MICROGRAFIAS DE CONSTITUYENTES ALEACIONES (FE-C)

Cuando se hace un estudio de la microestructura de un metal, se pule la superficie y se la ataca con sustancias ácidas que resaltan los límites de grano. A continuación se fotografía el aspecto, y se obtiene la micrografía del metal. Para los aceros tenemos esta muestra de micrografías 

PROPIEDADES DE LOS METALES

Las propiedades de los metales se clasifican en físicas, mecánicas y tecnológicas.

FISICAS

-Peso específico.
-Calor específico.
-Dilatación térmica.
-Temperatura de fusión y solidificación.
-Conductividad térmica y eléctrica.
-Resistencia al ataque químico. 

MECANICAS

-Resistencia.
-Dureza.
-Elasticidad.
-Plasticidad.
-Tenacidad.
-Fragilidad.
-Fluencia.
-Fatiga.
-Resiliencia

TECNOLOGICAS

-Ductilidad.
-Fusibilidad.
-Colabilidad.
-Maleabilidad.
-Soldabilidad.
-Endurecimiento por el temple.
-Facilidad de mecanizado.

Dureza: Propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Los ensayos más importantes para designar la dureza de los metales, son los de penetración, en que se aplica un penetrador (de bola, cono o diamante) sobre la superficie del metal, con una presión y un tiempo determinados, a fin de dejar una huella que depende de la dureza del metal, los métodos más utilizados son los de Brinell, Rockwell y Vickers. 

Resistencia: Capacidad de soportar una carga externa si el metal debe soportarla sin romperse se denomina carga de rotura y puede producirse por tracción, por compresión, por torsión o por cizallamiento, habrá una resistencia a la rotura (kg/mm²) para cada uno de estos esfuerzos. 

CLASIFICACION DE LOS ACEROS

La clasificación del acero se puede determinar en función de sus características, las mas conocidas son la clasificación del acero por su composición química y por sus propiedades o clasificación del acero por su uso; cada una de estas clasificaciones a la vez se subdivide o hace parte de otro grupo de clasificación.

EFECTOS AMBIENTALES SOBRE LOS MATERIALES

La mayoria de los materiales se encuentran expuestos a diferentes cambios ambientales y

climáticos como lo son: cambios en la temperatura, y cambios de las condiciones

atmósfericas; pero en algunos caso las mismas condiciones de servicio requieren materiales expuestos a condiciones extremas como es el caso partícular de las álabes de turbinas de avión.

Temperatura

Los cambios en la temperatura pueden causar alteraciones considerables de las propiedades de

los materiales, debidos principalmente a:

•Reblandecimiento

•Degradación

•Transformaciones de fases

•Fragilización

EL ÁTOMO

Estructura del átomo

Según esto, el átomo quedó constituido así:

- Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los neutrones.

- Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo.

Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro.

  

Identificación de los átomos

Los átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo, ya que éste es fijo para los átomos de un mismo elemento. Por ejemplo: Todos los átomos de hidrógeno tienen 1 protón en su núcleo, todos los átomos de oxígeno tienen 8 protones en su núcleo, todos los átomos de hierro tienen 26 protones en su núcleo, ..., y esto permite clasificarlos en la tabla periódica por orden creciente de este número de protones.

Número atómico: Es el número de protones de un átomo. Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: _ZX.

Ejemplos: ₁H, ₈O, ₂₆Fe.

Número másico: Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un átomo. Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento: ^AX.

Ejemplos: ¹H, ⁸O, ²⁶Fe.

De esta manera se pueden identificar el número y tipo de partículas de un átomo:

³₁H -----> Este átomo tiene Z = 1 y A = 3. Por tanto, tiene 1 protón, 3 - 1 = 2 neutrones y, como es neutro, tiene 1 electrón.

Si tenemos un ion habrá que sumar o restar electrones a los que tendría si el átomo fuese neutro.

- Si es un catión habrá perdido electrones y hay que restar el número que aparezca con la carga positiva:

²⁵₁₂Mg⁺² -----> Este átomo tiene Z = 12 y A = 25. Por tanto, tiene 12 protones, 25 - 12 = 13 neutrones y, al ser positivo, tendrá 2 electrones menos de los que tendría neutro: 12 - 2 = 10 electrones.

- Si es un anión habrá ganado electrones y hay que sumar el número que aparezca con la carga negativa:

¹⁹₉F^-1 -----> Este átomo tiene Z = 9 y A = 19. Por tanto, tiene 9 protones, 19 - 9 = 10 neutrones y, al ser negativo, tendrá 1 electrón más de los que tendría si fuese neutro: 9 + 1 = 10 electrones.

Aquí puedes introducir Z, A y la carga (con su signo) para un átomo determinado y obtendrás el número de partículas que tiene:

Isótopos

A comienzos del siglo XX se descubrió que no todos los átomos de un mismo elemento tenían la misma masa. Es decir, el número de neutrones puede variar para átomos del mismo elemento.

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico, pero distintos números másicos. Es decir, tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones.

Ejemplo: El elemento hidrógeno, cuyo número atómico es 1 (es decir, que posee un protón en el núcleo), tiene 3 isótopos en cuyos núcleos existen 0, 1 y 2 neutrones, respectivamente.

Masa atómica relativa

La masa atómica relativa de un elemento es la que corresponde a uno de sus átomos y equivale prácticamente a la suma de las masas de sus protones y neutrones, ya que la de los electrones es tan pequeña que puede despreciarse. Así, la mayor parte de la masa del átomo se encuentra en el núcleo.

Como la unidad de masa en el SI, el kilogramo, es demasiado grande se ha buscado una unidad del tamaño de los átomos de la siguiente forma:

- Se ha escogido el átomo de carbono-12 (¹²C) como átomo de referencia.

- Se le ha asignado una masa de 12 u.m.a. (unidades de masa atómica), ya que tiene 6 protones y 6 neutrones.

- La unidad de masa atómica (uma) es la 1/12 parte de la masa del átomo de carbono-12.

La masa de un átomo medida por comparación con la masa del carbono-12 se llama masa atómica. Se encuentra recogida en la tabla periódica su valor para cada elemento.

 Isótopos y masa atómica

Como hemos visto, no todos los átomos de un mismo elemento son exactamente iguales. La mayoría de los elementos tienen diferentes isótopos y esto hay que tenerlo en cuenta para calcular la masa atómica.

La masa atómica de un elemento es la media ponderada de sus isótopos (Por eso, la masa atómica de un elemento no es un número entero).

Ejemplo: El cloro tiene 2 isótopos, ³⁵₁₇Cl y ³⁷₁₇Cl, que se presentan en la naturaleza con una abundancia del 75,5 % y del 24,5 %, respectivamente.

La masa atómica del cloro será la media ponderada: 35 · 75,5/100 + 37 · 24,5/100 = 35,5 uma.

La distribución de electrones

Con el modelo atómico de Bohr sólo se podía explicar el espectro del átomo de hidrógeno. Hacia 1920 se introdujeron modificaciones y se desarrollaron nuevos modelos atómicos.

De acuerdo con este nuevo modelo, alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía:

- En la primera capa se sitúan, como máximo, 2 electrones.

- En la segunda capa se sitúan, como máximo, 8 electrones.

- En la tercera capa se sitúan, como máximo, 18 electrones.

...

La distribución por capas de los electrones de un átomo de un elemento se conoce como estructura o configuración electrónica del elemento.

Ejemplos: 2He Tiene sólo 2 electrones. Se sitúan en la primera capa. Se representa como (2). Las capas se colocan entre paréntesis y se separan por comas. 10Ne -> (2,8) 18Ar -> (2,8,8) 11Na -> (2,8,1) 15P -> (2,8,5)

A los electrones que están situados en la última capa se les denomina electrones de valencia y, al nivel que ocupan, capa de valencia. Estos electrones son los responsables de las propiedades químicas de las sustancias.