1. Propiedades Mecánicas de los Materiales

Las propiedades mecánicas describen cómo un material responde a las fuerzas aplicadas.

• Densidad: Una sustancia menos densa flota en otra más densa.
• Dureza: Oposición que presenta un material a ser rayado.
• Tenacidad: Propiedad de los materiales para soportar golpes sin romperse.
• Ductilidad: Propiedad que tienen los materiales para hacerse hilos.
• Maleabilidad: Propiedad que tienen para hacerse láminas.
• Fragilidad: Facilidad de un material para romperse. A estos materiales frágiles se les pueden incrustar otros materiales para reducir su fragilidad.
• Elasticidad: Sustancias que pueden aguantar grandes fuerzas sin romperse ni deformarse.
• Plasticidad: Materiales que permiten moldearse fácilmente sin romperse.
• Resistencia a fuerzas:
  • Compresión: Comprimir un material.
  • Tracción: Estirar un material.
  • Torsión: Retorcer un material.
  • Flexión: Ejercer una fuerza para flexionarse.

2. Propiedades Térmicas, Electromagnéticas, Químicas y Acústicas de los Materiales

Además de las propiedades mecánicas, los materiales también se caracterizan por su comportamiento térmico, electromagnético, químico y acústico.

Propiedades Térmicas

• Temperatura de fusión: Temperatura a la que funde el material (ej. Volframio).
• Conductividad térmica: Propiedad que permite conducir el calor a los materiales (ej. Baquelita).
• Capacidad de dilatación: Aumento de tamaño con el calor.
• Calor específico: Una situación con un alto calor específico mantiene la temperatura más tiempo.

Propiedades Electromagnéticas

• Conductividad eléctrica: Propiedad de los materiales que permite conducir la electricidad (ej. Metales: cobre).
• Comportamiento magnético: Propiedad que tienen algunos materiales de ser atraídos por un campo magnético (ej. Imán).

Propiedades Químicas

• Resistencia a la corrosión: Se hacen materiales (acero) que son resistentes a la corrosión.

Propiedades Acústicas

• Conductividad del sonido: Materiales que no conducen el sonido (ej. Poliespán).

3. Propiedades Ópticas de los Materiales

Las propiedades ópticas describen cómo interactúa la luz con un material.

• Transparencia: Permite que la luz viaje a través de ella sin atenuarse (ej. Fibra de vidrio).
• Reflectividad: Materiales que reflejan la luz (ej. Algunos plásticos).
• Índice de refracción: Propiedad según la cual un material se refracta más o menos.
• Brillo: (ej. El diamante).
• Polarización: Una sustancia polarizada es aquella que solo deja pasar algunos rayos de luz en algunas direcciones.

4. Sistemas de Extracción de los Metales: Altos Hornos y Electrólisis

Para obtener el metal de un mineral, se utilizan principalmente dos procesos industriales: uno basado en el calor (altos hornos) y otro en la electricidad (electrólisis). En ambos procesos se utiliza una reacción química llamada reacción de reducción, en la cual se separa el metal del no metal.

Extracción mediante calor (altos hornos)

Se utiliza para separar metales como el cinc, plata y hierro. Se calienta el mineral con carbono. El mineral férreo, caliza, carbón… se tritura y se lleva al alto horno. En el alto horno se separa el hierro del oxígeno debido a la combustión del carbono. De esa forma, el hierro está en estado líquido, se queda en el fondo, se saca y se vierte en recipientes. Ese hierro líquido es lo que se llama fundición.

A continuación, se produce el afino de la fundición y, por último, el hierro fundido se vierte en un horno convertidor donde se introduce oxígeno. Ese oxígeno quema parte del carbono y el hierro se convierte en acero.

Extracción mediante electricidad (electrólisis)

Se utiliza para el sodio, litio, potasio, magnesio, calcio y aluminio. La electrólisis es la descomposición de un compuesto químico a través de la electricidad. Para ello se utilizan electrodos que suelen ser de grafito y se ajusta la intensidad de la electricidad en función de la cantidad de metal que queremos obtener.

• Ánodo: Es el lado positivo donde irán los iones con carga negativa (no metal). Esos iones ceden sus electrones y se convierten en átomos no metálicos.
• Cátodo: El electrón negativo atrae a los iones con carga positiva (metal) que ganan los electrones que habían perdido los metales y se transforman en un átomo metálico.

Metales nativos (oro y platino) son los que se encuentran puros en la naturaleza.

5. Acero, Coltán y Plásticos

Acero

El acero es una aleación de hierro y de carbón en diferentes proporciones. Según su tratamiento, tendrá diferentes propiedades. También se pueden unir otros metales cambiando algunas de sus propiedades y ajustándolas al uso concreto que se necesita.

Coltán

Coltán es una abreviatura que se utiliza para referirse a dos minerales que suelen encontrarse juntos en determinados tipos de granito: columbita y tantalita.

• Columbita: Es un óxido de niobio con hierro y magnesio.
• Tantalita: Es un óxido de tantalio con hierro y magnesio.

A estos dos minerales se extrae el niobio y el tántalo, que han adquirido un papel muy importante en los últimos 20 años relacionado con la electrónica.

• El niobio se utiliza en la fabricación de imanes de alto poder magnético y es la clave de los micromotores utilizados en los discos duros, etc. Por lo tanto, tiene muchas aplicaciones en ordenadores, aeronáutica e incluso en medicina.
• El tántalo se emplea en la fabricación de condensadores y está presente en todas las baterías recargables.

El control de la producción de coltán es un negocio muy rentable tanto para gobiernos, fabricantes o distribuidores, y esto ha traído problemas en el Congo por la guerra del coltán.

Plásticos

Los plásticos comienzan a finales del S.XIX y surgen para sustituir al marfil, que empezaba a ser muy caro. Aunque tiene muchas aplicaciones, la plasticidad es una propiedad de los materiales que permite darle fácilmente la forma que más nos conviene. Están formados por unas moléculas muy complejas llamados polímeros, y estos se forman por la unión de unas moléculas más sencillas llamadas monómeros. El proceso por el cual los monómeros se unen formando polímeros se llama polimerización.

6. El Papel: Características, Proceso de Producción, Problemas Asociados y Soluciones

La palabra papel viene de la palabra papiro, que es una planta que utilizaban los egipcios para escribir en él. Para obtenerlo hay que obtener celulosa: es una fibra natural de los árboles y que tiene unas características excepcionales como su flexibilidad y su capacidad de aglutinarse formando láminas.

Proceso de producción

Se coge la madera de los árboles y se tritura en agua a unos 200 grados y se mezcla con sosa cáustica, sulfato de sodio y carbonato de calcio, y de esa forma se obtiene la celulosa. Esta se blanquea usando productos químicos y se añaden consolidantes para observar mejor el papel y se hace más flexible y más resistente.

Problemas de la fabricación de papel

• La deforestación provocada por la tala indiscriminada de árboles.
• La enorme cantidad de agua que se necesita para hacer el papel.
• La contaminación de los ríos debido a elementos como el azufre, cloro y ozono que suelta la fabricación.
• Se consume una gran cantidad de energía.

Soluciones para los problemas de la fabricación

• Controlar la deforestación utilizando cáñamo, algodón, lino…
• Reducción del consumo y reciclar.

7. Nanociencia, Nanotecnología, Fulereno, Buckyball, Nanotubo

Nanociencia

Es el estudio de todos los aspectos científicos a tamaño nanométrico.

Fulereno

Es una molécula formada por 60 átomos de carbono con una estructura muy particular porque puede adoptar la forma de una pelota similar a un balón de fútbol. Se usa en medicina y biología utilizando el buckyball.

Buckyball

Puede contener la dosis de un determinado medicamento y su estructura permite que la bola se rompa al contactar con determinadas sustancias presentes en las proximidades de la célula infectada, liberando el medicamento que lleva en su interior. También puede adquirir una forma de tubo y en ese caso tenemos lo que se llama un nanotubo.

Nanotubos

Pueden tener desde unos pocos nanómetros y pueden llegar hasta 18mm de largo. En esos nanotubos se puede cambiar la estructura añadiendo boro. Si al nanotubo se le añaden otros elementos, por ejemplo, el boro, se convierte en conductor y en ese caso se nos habría formado un nanocable, y si se le añade un semiconductor tendríamos un nanointerruptor.

Nanotecnología

Se inició en el año 1959 y se dedica al diseño, fabricación y aplicación de materiales y aparatos a escala nanometrica. La nanotecnología permitirá tener máquinas capaces de depositar el átomo de un determinado elemento en el sitio adecuado para que junto con otros átomos formemos una nanomaquina.

8. Fulereno y sus Aplicaciones Nanoscópicas

El fulereno es una molécula formada por 60 átomos de carbono con una estructura muy particular porque puede adoptar la forma de una pelota similar a un balón de fútbol. Se usa en medicina y biología utilizando el buckyball: puede contener la dosis de un determinado medicamento y su estructura permite que la bola se rompa al contactar con determinadas sustancias presentes en las proximidades de la célula infectada liberando el medicamento que lleva en su interior. También puede adquirir una forma de tubo y en ese caso tenemos lo que se llama un nanotubo. Estos nanotubos pueden tener desde unos pocos nanómetros y pueden llegar hasta 18mm de largo. En esos nanotubos se puede cambiar la estructura añadiendo boro. Si al nanotubo se le añaden otros elementos, por ejemplo, el boro, se convierte en conductor y en ese caso se nos habría formado un nanocable, y si se le añade un semiconductor tendríamos un nanointerruptor. Todo esto abre nuevas puertas sobre todo en electrónica, los nanotubos permiten conducir electrones casi instantáneamente de un extremo a otro sin perder energía como ocurre en los cables tradicionales.

9. Aplicaciones de la Nanotecnología

Aplicaciones eléctricas

• Baterías de nanotubos de carbono que ya se utilizan en pilas.
• LED: la ventaja que tiene es la duración, la eficacia energética y la rapidez con la que tarda en dar luz.

Aplicaciones electrónicas

• Nanochips: Son microprocesadores de tamaño nanométrico.

Aplicaciones en medicina y farmacia

Se intenta que los átomos actúen directamente sobre los virus de forma que se gestionen las enfermedades paciente a paciente: Buckyball.

Aplicaciones en la industria textil

Con tejidos de nanotubos se permite que estos tejidos no absorban líquidos y se eviten manchas.

Aplicaciones en arquitectura y urbanismo

• Recubrimientos que protegen las paredes de las pinturas haciendo que las pinturas resbalen y no puedan penetrar, y recubrimientos que no corrosionen.
• Vidrios fotocónicos que cambian de color según la luz que incide sobre ellos y que evitan que pase la luz ultravioleta y la luz infrarroja.
• Nuevas cerámicas que se utilizan en los sanitarios para repeler líquidos y que se depositen bacterias.