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ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES - Coggle Diagram

- - - - Metales ferrosos
        El hierro puro es de poca utilidad como material de ingeniería porque es demasiado blando y dúctil. Cuando el hierro se enfría y cambia de un líquido a un sólido, la mayoría de los átomos del paquete de metal se unen en capas ordenadas. Algunos, sin embargo. desalinearse, creando áreas de debilidades llamadas dislocaciones. Cuando una pieza de hierro se somete a estrés, las capas de átomos en estas áreas se deslizan una sobre la otra y el metal se deforma. Esto comienza a explicar la ductilidad del hierro dulce. Sin embargo, al agregar carbono al hierro, podemos producir una gama de aleaciones con propiedades bastante diferentes. Llamamos a estos los aceros al carbono. Una aleación es una mezcla de dos o más elementos químicos y el elemento primario es un metal.
        
        Aceros al carbono: sus propiedades y usos.
        
        El acero de carbono medio contiene entre 0,3% y 0,7% de carbono. Propiedades: más duro y menos dúctil que el acero dulce, resistente y tiene una alta resistencia a la tracción. Usos: se utiliza para la fabricación de productos que deben ser duros y resistentes como engranajes, herramientas, llaves, etc.
        
        El acero con alto contenido de carbono contiene entre 0,7% y 1,3% de carbono. Propiedades: material muy duro y quebradizo. Usos: Se usa para cortar herramientas y productos que deben resistir el uso de guillotinas, muelles, etc.
        
        Acero dulce: contenido de carbono entre 0,1% y 0,3%. Propiedades: menos dúctil pero más duro y más duro que el hierro, el color gris, se corroe fácilmente. Usos: vigas o vigas, tornillos, tuercas y pernos, clavos, andamios, carrocerías, unidades de almacenamiento, tambores de aceite.
        
        El acero inoxidable son aleaciones de hierro y cromo. Una amplia gama de aceros está disponible con contenido de cromo entre 13% y 27%. Propiedades: el cromo evita la oxidación con una película de óxido. Ductilidad, dureza y resistencia a la tracción. También es un metal atractivo y brillante. Usos: cubiertos, fregaderos, pipas, piezas de automóvil, etc.
        
        Gray Cast Iron es una aleación de hierro (94%), carbono (3%) de silicio (2%) y algunas trazas de magnesio, azufre y fósforo. Propiedades: frágil pero extremadamente duro y resistente, se corroe por oxidación, Usos: pistones, partes de maquinaria, lámparas de calles, tapas de drenaje, herramientas.
        
        Se pueden agregar otros elementos químicos al acero para mejorar o lograr ciertas propiedades. Aquí tienes algunos ejemplos:
        
        El silicio hace que la aleación sea magnética y mejora la elasticidad.
        
        El manganeso hace que la aleación sea más dura y resistente al calor. Se usa para hacer acero inoxidable.
        
        El níquel mejora la resistencia y previene la corrosión.
        
        El tungsteno hace que el acero sea más duro, más resistente al calor y previene la corrosión.
        
        El cromo hace que la aleación sea más dura y resistente y más resistente a la oxidación.
      - Metales no ferrosos
        Son metales que no contienen hierro. Tienen muchos usos, pero a menudo son caros porque son más difíciles de extraer.
        
        Magnesio
        Es brillante y plateado blanco. Propiedades: Es muy ligero, suave y maleable, pero no muy dúctil. Reacciona muy fuerte con el oxígeno. Usos: Fuegos artificiales, industria aeroespacial, industria del automóvil.
        
        Estaño
        Es un metal blanco brillante. Propiedades: No se oxida a temperatura ambiente, es muy suave. Usos: soldadura blanda, papel de aluminio y placa de estaño.
        
        Latón
        Este término “latón” cubre una amplia gama de aleaciones de cobre y zinc. Propiedades: es de color dorado. Tiene muy buenas propiedades anticorrosivas y es resistente al desgaste. Usos: Artesanía, joyería, plomería, condensadores y turbina.
        
        Plomo
        Es un metal gris plateado. Propiedades: Suave y maleable. Es tóxico cuando se inhalan sus humos. Usos: Baterías, se usa como un aditivo en vidrio para dar dureza y peso.
        
        Cobre
        Es un metal puro que es el tercer metal más importante del mundo, en términos de volumen de consumo. Propiedades: un metal de color marrón rojizo, dúctil y moderadamente fuerte, muy buen conductor de electricidad y calor, se corroe muy fácilmente. Usos: cable eléctrico, líneas telefónicas, cilindro de agua caliente sanitaria y tuberías, núcleo del radiador del automóvil, decoración, arquitectura.
        
        Bronce
        Es una aleación de cobre y estaño. Propiedades: Alta resistencia al desgaste y la corrosión. Usos: hélices de barcos, filtros, campanas de iglesia, esculturas, cojinetes y engranajes.
        
        Aluminio
        Es el metal más abundante en el mundo de la tierra después del acero, es el más utilizado de todos los metales, en la actualidad. Propiedades: Color blanco plateado, ligero, altamente resistente a la corrosión, suave, maleable y dúctil, de baja densidad, buen conductor tanto de electricidad como de calor. Usos: líneas de alta tensión, aviones, automóviles, bicicletas, trabajos de metales ligeros. unidades de techo y ventanas y puertas, decoración, utensilios de cocina y latas de bebidas.
        
        Zinc
        Es un metal brillante gris azulado. Propiedades: Anticorrosivo, no muy duro, débil a bajas temperaturas. Usos: Techado, plomería porque detiene la corrosión.
    - - Propiedades comunes de los minerales
      - Brillante apariencia “metálica”
      - Sólidos a temperatura ambiente (excepto mercurio)
      - Puntos de fusión altos
      - Altas densidades
      - Grandes radios atómicos
      - Energías de baja ionización
      - Baja electronegatividad
      - Usualmente, alta deformación
      - Maleable
      - Dúctil
      - Conductores térmicos
      - Conductores eléctricos
- - - - En función de la repetición o variedad de los monómeros, los polímeros se clasifican en:
        
        Flecha Homopolímero - Se le denomina así al polímero que está formado por el mismo monómero a lo largo de toda su cadena, el polietileno, poliestireno o polipropileno son ejemplos de polímeros pertenecientes a esta familia.
        
        Copolímero - Se le denomina así al polímero que está formado por al menos 2 monómeros diferentes a lo largo de toda su cadena, el ABS o el SBR son ejemplos pertenecientes a esta familia.
        
        La formación de las cadenas poliméricas se producen mediante las diferentes polireacciones que pueden ocurrir entre los monóneros, estas polireacciones se clasifican en:Polimerización, Policondensación, Poliadición.
        
        En función de cómo se encuentren enlazadas o unidas (enlaces químicos o fuerzas intermoleculares) y la disposición de las diferentes cadenas que conforma el polímero, los materiales poliméricos resultantes se clasifican en: Termoplásticos,Elastómeros, Termoestables
        
        En función de la composición química, los polímeros pueden ser inorgánicos como por ejemplo el vidrio, o pueden ser orgánicos como por ejemplo los adhesivos de resina epoxi, los polímeros orgánicos se pueden clasificar a su vez en polímeros naturales como las proteínas y en polímeros sintéticos como los materiales termoestables.
      - Existen diferentes parámetros que miden las propiedades de los polímeros como el radio de giro, la densidad del polímero, la distancia media entre las cadenas poliméricas, la longitud del segmento cuasi-estático dentro de las cadenas poliméricas, etc...
        
        Entre las propiedades que definen las propiedades de los polímeros, las más importantes son:
        
        La temperatura de transición vítrea del polímero
        
        La temperatura de transición vítrea determina la temperatura en la cual el polímero cambia radicalmente sus propiedades mecánicas, cuando la temperatura de transición vitrea es ligeramente inferior a la temperatura ambiente el polímero se comporta como un material elástico (elastómero), cuando la temperatura de transición vitrea es superior a la temperatura ambiente el polímero se comporta como un material rígido (termoestable).
        
        El peso medio molecular del polímero
        
        El peso molecular medio determina de manera directa tanto el tamaño del polímero así como sus propiedades tanto químicas como mecánicas (viscosidad, mojado, resistencia a la fluencia, resistencia a la abrasión …), polímeros con alto peso molecular medio corresponden a materiales muy viscosos.
        Existen un gran abanico de materiales cuya composición se basan en polímeros, todos los plásticos, los recubrimientos de pintura, los adhesivos, los materiales compuestos, etc... son ejemplos de materiales basados en polímeros que utilizamos en nuestro dia a dia.
- - - - Puede ser cristalina, no cristalina, o una mezcla de ambas. Se presentan en las más variadas formas; de estructuras muy simples a las más complejas mezclas de fases. Su abundancia en la naturaleza y las diferencias que presentan en sus propiedades respecto a las de los metales los convierte en materiales sumamente importantes.
        Según su estructura, los cerámicos pueden clasificarse en dos grandes grupos, los cristalinos o cerámicos, y los no cristalinos o vidrios. A su vez, los cristalinos pueden ser monocristalinos o policristalinos.
        
        Los que presentan estructura policristalina o no cristalina pueden a su vez ser monofásicos o polifásicos.
        Las cerámicas cristalinas pueden clasificarse en tres grupos. Las cerámicas de silicato, cuya unidad estructural fundamental es el SiO2, incluyen por ejemplo a la porcelana y los materiales refractarios. Los cerámicos de óxido sin silicatos son compuestos a los que se les agregan impurezas, como el Al2O3, MgO y BeO. Las cerámicas sin óxidos, como el ZnS, SiC y TiC, se utilizan como material para elementos calefactores de horno, así como material abrasivo
        
        Cerámica compacta (porcelana, gres)
        
        Cerámica refractaria (porcelana para aislantes térmicos)
        
        Cerámica porosa (ladrillos, alfarería, loza)
        
        Estructura no cristalina. Los átomos se acomodan en conjuntos irregulares y aleatorios. Los sólidos no cristalinos con una composición comparable a la de las cerámicas cristalinas se denominan vidrios. La mayor parte de los vidrios que se comercializan son silicatos.
        
        PROPIEDADES
        
        Alta dureza.
        
        Alta resistencia a compresión.
        
        Baja conductividad térmica y eléctrica (si bien existen
        
        cerámicas superconductoras).
        
        Elevada estabilidad química con la temperatura.
        
        “Ligeros”.
        
        Puntos débiles: fragilidad y escasa fiabilidad.
- - - - CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES
        
        CLASIFICACIÓN
        
        GERMANIO
        Germanio, de símbolo Ge, es un elemento semimetálico cristalino, duro, brillante, de color blanco grisáceo. Su número atómico es 32, y pertenece al grupo 14 (o IVA) de la tabla periódica.
        
        SELENIO
        
        Químicamente se asemeja al azufre y está relacionado con el teluro. Al igual que el azufre, se presenta en varias formas alotrópicas diferentes: como polvo rojo-ladrillo; como masa amorfa vidriosa, de color castaño oscuro, llamada selenio vitroso; como cristales monoclínicos rojos con una densidad relativa de 4,5, y como cristales de color gris metálico llamados selenio gris. Forma ácido selenioso (H2SeO 3) y ácido selénico (H2SeO4), cuyas sales respectivas se denominan selenitos y seleniatos. El selenio gris tiene un punto de fusión de 217 °C, un punto de ebullición de 685 °C y una densidad relativa de 4,81. La masa atómica del selenio es 78,96.
        
        SILICIO
        El silicio es un semiconductor; su resistividad a la corriente eléctrica a temperatura ambiente varía entre la de los metales y la de los aislantes. La conductividad del silicio se puede controlar añadiendo pequeñas cantidades de impurezas llamadas dopantes. La capacidad de controlar las propiedades eléctricas del silicio y su abundancia en la naturaleza han posibilitado el desarrollo y aplicación de los transistores y circuitos integrados que se utilizan en la industria electrónica.
        
        Semiconductores intrínsecos Son aquellos elementos cuya estructura molecular está conformada por un solo tipo de átomo. Entre este tipo de semiconductores intrínsecos se encuentra el silico y el germanio. La estructura molecular de los semiconductores intrínsecos es tetraédrica; es decir, tiene enlaces covalentes entre cuatro átomos circundantes, tal como se presenta en la imagen a continuación.
        
        Semiconductores extrínsecos Se conforman al incluir impurezas dentro de los conductores intrínsecos; es decir, mediante la incorporación de elementos trivalentes o pentavalentes. Este proceso se conoce como dopaje y tiene como finalidad aumentar la conductividad de los materiales, para mejorar las propiedades físicas y eléctricas de estos.
        
        PROPIEDADES DE LOS MATERIALES SEMICONDUCTORES:
        Material sólido o líquido capaz de conducir la electricidad mejor que un aislante, pero peor que un metal. La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian en la física del estado sólido.