1.2 Materiales puros - Lecture notes 1 PDF

Preview

Summary

teoría...

Description

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO | INGENIERIA INDUSTRIAL

Materia: Unidad: Tema: Subtemas:

1.2.1

Propiedades de los materiales 1. Clasificación de los materiales 1.2 Materiales puros 1.2.1 Definición 1.2.2 Clasificación y características generales 1.2.3 Enlace químico

Definición

Los materiales puros, son lo que encontramos en la naturaleza sin sufrir ningún cambio o alteración, los materiales puros los encontramos clasificados en la tabla periódica de acuerdo con sus propiedades físicas y químicas. Sabemos que todos los materiales están integrados por átomos que están organizados de diferentes maneras, dependiendo del material que se trate y el estado en que se encuentre. En la tabla periódica, los elementos se clasifican de diferentes maneras, la forma más sencilla de identificarlos es clasificándolos como: Metales, no metales y metaloides o semimetales. 1.2.2

Clasificación y Propiedades generales

Metales Los metales son elementos que poseen brillo cuando están lisos y limpios, son sólidos a temperatura ambiente y buenos conductores del calor y la electricidad. La mayoría de los metales son dúctiles y maleables, lo que significa que pueden transformarse en alambres y láminas. Tienen variedad de aplicaciones, por ejemplo, L excelente conductividad eléctrica del Cobre (Cu), lo hace una buena elección para transmitir energía eléctrica. La ductilidad y maleabilidad permiten que puedan convertirse en monedas, herramientas, tornillos, alambres, etc. Dentro de los metales se encuentran: Los metales alcalinos (Grupo 1A), los metales alcalinotérreos (Grupo 2A) y los metales de transición (Parte intermedia de la tabla periódica). No metales

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO |

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO | INGENIERIA INDUSTRIAL Los no metales ocupan el lado superior derecho de la tabla periódica. Por lo general, los no metales son gases o sólidos quebradizos de apariencia opaca y malos conductores de calor y electricidad. El Bromo (Br) es el único no metal líquido a temperatura ambiente. Los elementos del grupo 7A, altamente reactivos, son los Halógenos, y los del grupo 8A, que son extremadamente no reactivos, son los gases nobles. Metaloides o semimetales Los metaloides tienen propiedades físicas y químicas de los metales y los no metales. El Silicio (Si) y el Germanio (Ge) son dos de los metaloides más importantes, ya que se utilizan ampliamente como materiales semiconductores en chips de computadora y celdas solares.

Figura 1. Clasificación de los elementos químicos en la tabla periódica, como: metales, no metales y metaloides o semimetales

1.2.3

El enlace químico

Todos los materiales están formados por elementos, a su vez los elementos se componen de átomos, los átomos de los elementos pueden compartirse, donarse y aceptarse para formar enlaces químicos con otros elementos formándose compuestos. El tipo de enlace químico determina en gran medida las propiedades de un material. El orbital más externo llamado capa de valencia, determina cuantos enlaces puede formar un átomo.

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO |

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO | INGENIERIA INDUSTRIAL El enlace químico es la fuerza que mantiene unidos dos átomos. Existen tres diferentes tipos de enlace considerados energéticamente fuertes: el enlace iónico, el covalente y el metálico. Existen además las llamadas fuerzas de atracción débiles o fuerzas intermoleculares. Enlace iónico Para que pueda darse este enlace, uno de los átomos debe ceder electrones y, por el contrario, el otro debe ganar electrones, es decir, se produce la unión entre átomos que pasan a ser cationes (iones positivos) y aniones (iones negativos). El ejemplo típico es el cloruro de sodio, en donde para formarse, el sodio debe ceder un electrón al cloro, quedando un sodio con carga neta positiva y un cloro con carga neta negativa (Figura 2).

Figura 2 Formación del cloruro de sodio (NaCl) a través del enlace iónico.

Enlace covalente En este enlace cada uno de los átomos aporta un electrón. Los orbitales de las capas de valencia de ambos átomos se combinan para formar uno solo que contiene a los 2 electrones (Figura 3).

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO |

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO | INGENIERIA INDUSTRIAL

Figura 3 Esquema de un enlace covalente. Ambos átomos comparten electrones para formar un solo enlace.

Tanto el enlace iónico como el covalente son los enlaces que caracterizan a los materiales duros, como lo son las cerámicas y las piedras preciosas. El enlace covalente también es característico del agua y el dióxido de carbono, por eso es que es muy costoso, energéticamente hablando, romper estas moléculas en sus componentes básicos. Enlace metálico Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Estos átomos pierden fácilmente esos electrones y se convierten en iones positivos, por ejemplo: Na+, Cu2+, Mg2+. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve (Figura 4).

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO |

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO | INGENIERIA INDUSTRIAL

Figura 4 Modelo descriptivo del enlace metálico. Los iones positivos del cobre forman una red que se mantiene unida gracias a la nube de electrones que los envuelven.

Este tipo de enlace es el que permite a los metales ser materiales, por lo que pueden ser relativamente de fácil maquinado, logrando piezas de muy diversas formas y tamaños. Además, es el que permite a muchos de estos materiales ser buenos conductores eléctricos. Enlaces intermoleculares Este tipo de enlaces se caracteriza por que la distancia entre los átomos es más grande, se encuentran las fuerzas de London, Van der Waalls y los puentes de hidrógeno. Estos enlaces son los que permiten cierta cohesión en sustancias como el agua o que le dan a ciertos materiales propiedades eléctricas (electrostática). A diferencia de los otros enlaces, este es más común moléculas y no tanto para átomos.

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO |

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO | INGENIERIA INDUSTRIAL

Figura 5 Diagrama de un enlace intermolecular, puente de hidrógeno de las moléculas de agua.

En muchos casos, se habla de un material puro cuando estos no tienen impurezas de otra naturaleza en su estructura. Sin embargo, en realidad no existen materiales totalmente puros, por eso que se les debe asignar un porcentaje de pureza, que, por ejemplo, en metales preciosos, les da su valor comercial.

Referencias 1. Dingrando, L., García, Y. M., & Ávila de Barón, C. (2003). Química: materia y cambio. 2. Zea Jiménez M. (2010). Estructura de los materiales puros, recuperado de: https://es.slideshare.net/izzy58/estructura-de-los-materiales-puros 3. Universidad de Guanajuato (2019). Tema 1. Clasificación de los materiales, recuperado de: http://www.dicis.ugto.mx/profesores/balvantin/documentos/Ciencia %20de%20Materiales%20para%20Ingenieria/Tema%201%20-%20Conceptos %20Basicos.pdf

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LERDO |...