Los Metales y las Aleaciones
Son materiales de origen mineral que están compuestos por uno o más elementos metálicos, pudiendo contener algunos elementos no metálicos en pequeñas proporciones.
Los Metales
Raramente se pueden obtener directamente de la naturaleza. Generalmente se necesitan procesos de transformación complejos, que suponen un gran consumo de energía y conllevan elevados costes económicos, a partir de los minerales que los contienen para aislarlos. Son materiales muy utilizados puesto que reúnen una serie de propiedades que les proporcionan una gran versatilidad:
- Tienen gran dureza, superior a otros materiales.
- Son buenos conductores del calor y de la electricidad.
- Densidad elevada y gran tenacidad.
- Ductilidad, lo que permite, mediante procesos de fundición, su configuración en forma de barras, láminas, hilos…
- Se puede reciclar con facilidad.
El principal inconveniente que presentan, además de los problemas para su obtención, es su tendencia a la corrosión. La corrosión consiste en el deterioro al que se ven sometidos (a excepción de algunos metales nobles como el oro y la plata) debido al ataque del oxígeno atmosférico con el que tienen gran tendencia a reaccionar, también puede estar generada por ácidos o influida por la cercanía al mar, a lo que se añade la exposición a gases oxidantes a altas temperaturas. Los óxidos así formados provocan que el metal original pierda sus propiedades. Es necesario por tanto, adoptar medidas de protección. Entre los principales metales utilizados destacan: el aluminio, el zinc, el níquel, el estaño, el cobre, el hierro, la plata y el oro.
Las Aleaciones
Es una combinación de varios metales, en la que también pueden participar en pequeñas cantidades elementos no metálicos. Se elaboran para así mejorar las propiedades de los componentes originales. Entre las principales aleaciones destacan:
- Acero: Resultado de añadir al hierro un porcentaje de carbono no superior al 2%. La gran mayoría de los aceros empleados en la industria tienen un porcentaje de carbono por debajo del 1%. A mayor cantidad de carbono, mayor dureza y resistencia de la aleación.
- Bronce: Aleación de cobre con estaño; este último elemento en un porcentaje inferior al 20%. Ofrece más resistencia que el cobre y no se ve afectado por la corrosión.
- Latón: Aleación de cobre y zinc. Ofrece mayor dureza y ductilidad que el cobre.
- Duraluminio: Aleaciones del aluminio con otros metales (cobre, zinc…). Ofrece una mayor dureza y resistencia que el aluminio.
Materiales Minerales No Metálicos
Materiales Cerámicos
Obtenidos a partir de la arcilla (mezcla de silicatos entre los que predominan los de aluminio, y que incluye también óxidos de hierro entre otros). La arcilla mezclada con el agua y sometida a cocción se estabiliza adquiriendo una gran rigidez. Los materiales cerámicos presentan una baja conductividad eléctrica y son muy resistentes a las altas temperaturas (baja conductividad térmica) y a la acción de la mayor parte de agentes químicos, sin embargo, son frágiles, fracturándose con facilidad si están sometidos a esfuerzos de tensión. Las diversas variedades de arcillas proporcionan cerámicas con propiedades específicas muy variadas. Así, se utilizan para la fabricación de ladrillos, baldosas y gres, para la alfarería y fabricación de objetos y, como refractarios.
Materiales de Construcción
Destacan los cementos. Son conglomerantes que mezclados con agua y agregados pétreos (grava, arena), forman una mezcla pastosa, que con el secado se endurece y adquiere rigidez. El cemento más utilizado es del tipo Portland, compuesto de arcilla y caliza, básicamente. Utilizado en combinación con estructuras de hierro, de fibra de vidrio o de plásticos especiales, se obtiene el denominado hormigón armado, muy resistente y, por tanto, muy utilizado en la construcción de edificios y estructuras de ingeniería. Se incluyen también como materiales de construcción los áridos. Estos son materiales fragmentarios obtenidos de agregados pétreos (grava, arena), y se utilizan para la elaboración de mortero y como material de relleno de estructuras.
El Vidrio
Sustancia elaborada a partir de la sílice, que se funde a altas temperaturas. Material amorfo; tiene la cohesión necesaria para presentar una gran rigidez mecánica. Suele ser transparente. Es un material frágil, en frío. Dada su gran resistencia a la acción de los agentes químicos, se emplea para fabricar todo tipo de recipientes e instrumentos de laboratorio. Presenta una baja conductividad eléctrica por lo que se usa también como aislante.
Materiales de Origen Biológico
Obtenidos a partir de vegetales o de animales:
De Origen Vegetal
- El papel: Compuesto de láminas de fibras de celulosa, polímero natural de glucosa presente en las células vegetales. Fabricado por primera vez en China en el siglo II, no llegó a occidente hasta el siglo XII introducido por los árabes.
- La madera: Compuesta por celulosa y lignina. Se obtiene de los troncos de los árboles.
- Las fibras textiles: Destacan el algodón y el lino.
De Origen Animal
- Lana: Se obtiene de varios animales, en especial de las ovejas. Muy ligera y elástica, proporciona un importante aislamiento térmico.
- Seda: Producida por el gusano de la seda (originarios de China). Fibras muy finas de gran longitud. Aspecto brillante y tacto suave.
- Cuero: Constituido por fibras de colágeno de la piel de algunos animales. Material resistente que requiere un proceso de curado.
Polímeros
Resultado de la unión de pequeñas moléculas orgánicas denominadas monómeros. Poseen baja densidad y temperatura de fusión, son uno de los materiales más recientes (principios del siglo XX) y con mayores repercusiones en la sociedad. Entre los polímeros sintéticos destacan los plásticos, obtenidos a partir del petróleo. Los plásticos son ligeros, impermeables, flexibles, baratos y muy resistentes a la corrosión, pero son muy contaminantes, por lo que se requiere su reciclaje. Como polímeros naturales destaca la celulosa, que es la materia prima del papel y de sus derivados, así como las fibras vegetales naturales.
Los Composites
Son materiales mixtos, obtenidos a partir de los anteriores grupos de materiales. Son materiales resistentes y de bajo peso, utilizándose en chasis y carrocerías de coches, motos y aviones; también se están empezando a utilizar como material de construcción de edificios, puesto que parece que pueden ser más duraderos que el hormigón o el acero.
Materiales Semiconductores
Son materiales que se pueden comportar como conductores o como aislantes, constituyendo la base de la industria electrónica. El más representativo es el silicio que, a temperatura ambiente, puede comportarse como metal o aislante.