- Historia de la humanidad relacionada con los materiales metálicos.
- Clasificación de los materiales metálicos.
- Enlace metálico.
- Características físicas/químicas de los materiales metálicos.
- Estructura interna de los materiales metálicos.
- Pureza y aleaciones.
- Extracción, producción y reciclado de materiales metálicos.
- Oxidación y corrosión.
Historia de la humanidad relacionada con los materiales metálicos
Clasificación de los materiales metálicos
Estos materiales son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o mas elementos metálicos , pudiendo contener también algunos elementos no metálicos , ejemplo de elementos metalicos son hierro cobre , aluminio , niquel y titanio mientras que como elementos no metalicos podriamos mencionar al carbono.
Dentro de este grupo de materiales tenemos que diferenciar dos grandes grupos los ferrosos y los no ferrosos.
- Dentro del grupo de los ferrosos nos encontramos con el hierro y las aleaciones de este (como el acero)
Los minerales de hierro (elemento principal del acero) constituyen el cuarto elemento más común en la corteza terrestre. La abundancia de las materias primas para la fabricación de acero como los bajos costos de producción han llevado a su extendido uso a todo nivel.
El acero es el metal ferroso por excelencia, presenta características particulares que lo hacen muy utilizado en diversas áreas. Se trata de un material maleable, resistente, lustroso así como conductor de calor y electricidad. - En el grupo de los no ferrosos, nos encontramos una división en tres grupos:
- Pesados: Son aquellos cuya densidad es igual o mayor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el cobre, el estaño, el plomo, el cinc, el níquel, el cromo y el cobalto.
- Ligeros: Tienen una densidad comprendida entre 2 y 5 gr/cm3. Los más utilizados son el aluminio y el titanio.
- Ultraligeros: Su densidad es menor a 5 gr/cm3. Se encuentran en este grupo el berilio y el magnesio, aunque el primero de ellos raramente se encuentra en estado puro, sino como elemento de aleación.
Enlace metálico
Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos como una nube) de los metales entre sí.
Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de líneas tridimensionales que adquieren estructuras tales como: la típica de empaquetamiento compacto de esferas (hexagonal compacta), cúbica centrada en las caras o la cúbica centrada en el cuerpo.
En este tipo de estructura cada átomo metálico está dividido por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo). Además, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son extraídos de sus orbitales. Este enlace sólo puede estar en sustancias en estado sólido.
Los metales poseen algunas propiedades características que los diferencian de los demás materiales. Suelen ser sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, y tienen un punto de fusión alto.
El enlace metálico es característico de los elementos metálicos. Es un enlace fuerte, primario, que se forma entre elementos de la misma especie. Al estar los átomos tan cercanos unos de otros, interaccionan sus núcleos junto con sus nubes electrónicas, empaquetándose en las tres dimensiones, por lo que quedan los núcleos rodeados de tales nubes. Estos electrones libres son los responsables de que los metales presenten una elevada conductividad eléctrica y térmica, ya que estos se pueden mover con facilidad si se ponen en contacto con una fuente eléctrica. Los metales generalmente presentan brillo y son maleables. Los elementos con un enlace metálico están compartiendo un gran número de electrones de valencia, formando un mar de electrones rodeando un enrejado gigante de cationes. Muchos de los metales tienen puntos de fusión más altos que otros elementos no metálicos, por lo que se puede inferir que hay enlaces más fuertes entre los distintos átomos que los componen. La vinculación metálica es no polar, apenas hay diferencia de electronegatividad entre los átomos que participan en la interacción de la vinculación (en los metales, elementales puros) o muy poca (en las aleaciones), y los electrones implicados en lo que constituye la interacción a través de la estructura cristalina del metal. El enlace metálico explica muchas características físicas de metales, tales como maleabilidad, ductilidad, buenos en la conducción de calor y electricidad, y con brillo o lustre (devuelven la mayor parte de la energía lumínica que reciben).
La vinculación metálica es la atracción electrostática entre los átomos del metal o cationes y los electrones deslocalizados. Esta es la razón por la cual se puede explicar un deslizamiento de capas, dando por resultado su característica maleabilidad y ductilidad.
Los átomos del metal tienen por lo menos un electrón de valencia, no comparten estos electrones con los átomos vecinos, ni pierden electrones para formar los iones. En lugar los niveles de energía externos de los átomos del metal se traslapan. Son como enlaces covalentes identificados.
Características físicas/químicas de los materiales metálicos
CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS METALES
- Su estado físico es sólido a excepción del mercurio que es líquido.
- Presentan un brillo característico en su superficie (brillo metálico).
- Son dúctiles (se les puede transformar en alambres) y maleables (se pueden transformar en láminas).
- Son buenos conductores del calor y la electricidad.
- Son tenaces (la mayoría de ellos se resisten a la ruptura).
- Su densidad es elevada si se compara con las de los no metales.
- Se pueden hacer aleaciones (fundir y mezclar dos o más metales).
Cobre (Cu) propiedades y características físicas
- Metal de color rojizo, sólido.
- Dúctil y maleable.
- Tenaz.
- Después del oro y la plata es el que conduce mejor calor y electricidad.
- Su densidad es de 8.90 g/cm3.
- Sus principales aleaciones son: latón (67% cobre y 33% zinc). Latón blanco (más de 50% de zinc con cobre). Plata nueva (Cu, Zn y Ni). Constantán (Cu y Ni) y bronce (cobre y estaño).
- Lingotes de plata.Metal blanco puro, sólido.
- Tenaz.
- Muy dúctil y muy maleable.
- Su densidad es de 10.5 g/cm3.
- Segundo conductor del calor y la electricidad.
- Sus principales aleaciones son: con plomo, oro y cobre forma aleaciones en toda proporción. Con el cobre las más usuales son: en monedas (335 y 900 partes de plata, por 165 y 100 de cobre). En orfebrería (800 a 950 milésimas de plata).
- Su molécula está formada por un átomo.
- Sus átomos tienen 1, 2 o 3 electrones que pueden participar en un enlace químico.
- Al ionozarse (proceso para producir iones; átomos con carga eléctrica) adquieren carga eléctrica positiva.
Metales de la familia 2 de los alcalinotérreos (elementos representativos)
Magnesio (Mg) propiedades químicas esenciales
- Al quemarse se obtiene una llama muy brillante (se produce óxido de magnesio).
- Arde también en presencia del vapor de agua, óxido de carbono, anhídrido carbónico, cloro, bromo, azufre y yodo combinándose.
- En presencia del oxígeno forma óxido de calio.
- Las sales de calcio dan a la flama una coloración anaranjada.
Estructura interna de los materiales metálicos
REDES CRISTALINAS
DEFECTOS EN LA ESTRUCTURA CRISTALINA
- Defectos atómicos puntuales: debido a la inclusión de átomos intersticiales (interesticio=hueco, son átomos que se colocan en los huecos de la red), o bien a lugares vacantes en puntos de la red o bien a la existencia de átomos extraños en la red. La existencia de defectos atómicos puntuales favorece el fenómeno de difusión (el material tiende a ser homogéneo y a repartir o compensar sus irregularidades)
- Defectos atómicos superficiales: en la formación de los metales se encuentran zonas ordenadas (granos) separadas por zonas desordenadas (juntas de grano). El tamaño de los granos determina la dureza de la pieza, y la forma y orientación de los granos produce anisotropía (variación de las propiedades según el plano o eje considerado).
Pureza y aleaciones
ALEACIONES
Una aleación (o solución sólida) es una mezcla de dos o más elementos, al menos uno de ellos un metal, que cumplen las siguientes condiciones:
- Deben ser miscibles en estado líquido. (El líquido debe ser homogéneo).
- El producto obtenido debe tener una estructura interna metálica.
- Soluciones sólidas de sustitución: cuando el radio atómico de ambos elementos es similar y ambos cristalizan en el mismo sistema, entonces los átomos de uno de ellos sustituyen a los átomos del otro, formando una única red. Generalmente se forman soluciones sólidas totalmente solubles en estado sólido (existe un único tipo de red formado por los átomos de ambos elementos-la mezcla es homogénea en estado sólido)
- Soluciones sólidas de inserción: cuando el radio atómico de ambos elementos es muy diferente, entonces los átomos del más pequeño se insertan en los huecos o intersticios de la red del otro elemento, formando soluciones sólidas parcialmente solubles (llega un momento en que no caben más átomos en los huecos y se forman dos redes cristalinas-la mezcla es parcialmente homogénea en estado sólido)
- Las aleaciones en estado sólido también pueden ser totalmente insolubles: a estas aleaciones se les conoce con el nombre de EUTÉCTICAS, en las que se forman cristales diferentes con los átomos de cada elemento, sin que en una misma red existan átomos del otro elemento (la mezcla no es homogénea en estado sólido).
Extracción, producción y reciclado de materiales metálicos
PETROLEO Y ENERGÍA
Este sector engloba a las compañías dedicadas a la exploración, extracción, producción y refino del petróleo y productos derivados del petróleo; producción, comercialización y distribución de gas y/o electricidad, así como la provisión de agua a consumidores finales, incluidas las plantas de tratamiento de agua y otras actividades asimilables a las anteriores.
- Petróleo: Incluye las compañías dedicadas a la exploración, extracción, producción y refino del petróleo y productos derivados del petróleo.
- Electricidad y gas: Agrupa a las empresas cuya actividad principal es la producción, comercialización y distribución de gas y/o electricidad, así como la tenencia y gestión de tendidos eléctricos y gasoductos.
- Agua y otros: Compañías cuya actividad principal es la provisión de agua a consumidores finales, incluidas las plantas de tratamiento de agua, así como otras actividades tales como el tratamiento de combustibles nucleares y residuos radioactivos u otras actividades distintas a las anteriores asimilables al sector general Petróleo y energía no incluidas en los subsectores anteriores.
Este sector engloba a las empresas dedicadas a alguna actividad económica relacionada con la extracción y/o tratamiento de minerales, metales y su transformación, fabricación y montaje de bienes de equipo y a las actividades generales de construcción y materiales de construcción. Además, se incluyen en este sector todas aquellas actividades relacionadas con la industria química, la ingeniería y a las actividades aeroespaciales, así como otras actividades asimilables a las anteriores susceptibles de incluirse en este sector.
- Minerales, metales y transformación productos metálicos: Incluye las compañías dedicadas a la exploración, extracción o refino de minerales, metales preciosos y minerales metálicos, fabricación de productos básicos del hierro, acero y ferroaleaciones. Asimismo, también se incluyen las empresas dedicadas a la fabricación de tubos, producción y transformación de metales primarios y fundición de los mismos.
- Fabricación y montaje de bienes de equipo : Se agrupan aquí aquellas compañías cuya actividad principal es la fabricación de maquinaria, equipos y material de cualquier tipo; mecánico, eléctrico, electrónico, óptico, médico-quirúrgico, agrícola, de transporte, etc.
- Construcción : Compañías cuya actividad principal es la construcción de toda clase de obra, civil o militar, pública o privada.
- Materiales de construcción: Incluye empresas cuya actividad principal es la fabricación y extracción de productos no metálicos utilizados en la construcción tales como la madera, vidrio, cerámica, azulejos, ladrillos, tejas, cemento, cal, yeso, materiales plásticos, arena y arcilla. Incluye la industria de la piedra y derivados, la fabricación de elementos metálicos utilizados directamente en la construcción, tales como estructuras y carpintería metálica así como la fabricación de productos sanitarios para el baño.
- Industria química: Compañías cuya actividad principal es la fabricación de productos químicos básicos, pesticidas, productos agroquímicos y otros productos químicos. Incluye la extracción de asfaltos y betunes, así como la fabricación de productos de caucho, materiales plásticos, fibra de vidrio y fibras sintéticas. Sin embargo, se excluye la elaboración de productos finales que utilizan estos elementos como materia prima.
- Ingeniería y otros: Se incluyen aquellas compañías dedicadas a la ingeniería civil o militar, y todas aquellas actividades asimilables al sector general Materiales básico, industria y construcción no incluidas en otros subsectores.
- Aeroespacial: Se incluyen las empresas manufactureras, montadoras y distribuidoras de aeronaves y partes de aeronaves usadas primordialmente en vuelos comerciales, privados o militares.
Nuestro alrededor está lleno de objetos cuyos materiales provienen del medio ambiente. Alguna vez te has preguntado ¿de dónde sale el papel que utilizamos para escribir? El papel y muchos de sus derivados provienen de la madera de los árboles! ¿Que cómo se logra? Bueno, mediante un proceso de transformación de la materia y luego para que no se acaben todos los árboles del mundo hay un proceso de plantación.
Los materiales naturales son transformados en objetos que los humanos necesitamos, por ejemplo la madera, es un material trabajado para hacer las mesas, los armarios, las camas, los lápices y el papel, etc.
El hierro por su parte es otro material que proviene de la naturaleza y gracias a su transformación en metales de distintas formas tenemos tijeras, carros, ollas, etc.
El plástico proviene del petróleo y es convertido para hacer juguetes, utensilios, reglas, etc.
El Petróleo es el recurso natural más importante de Venezuela, ya que gracias a este material podemos obtener gasolina y plásticos de muchas materias.
El Petróleo es un recurso natural, que nace de la tierra, también nos proporciona la gasolina, el aceite, el kerosén, etc.
LOS MATERIALES DE LA NATURALEZA.
El petroleo y sus derivdos.
El petróleo, conocido también como oro negro, es una sustancia aceitosa de color negro y está compuesto principalmente por hidrógeno y carbono, es por ello que también se le conoce con el nombre de hidrocarburo. Puede estar tanto en material líquido como gaseoso. Cuando está en forma líquida es el que normalmente vemos aceitoso y negro también llamado crudo y cuando está en forma gaseoso se denomina gas natural.
Aunque no lo entiendas mucho su composición es básicamente esta:
- Elemento % Peso
- Carbono 84-87
- Hidrógeno 11-14
- Azufre 0-2
- Nitrógeno 0.2
- Gasolina motor corriente y extra - Es utilizada para el consumo en los vehículos automotores, entre otros usos.
- Gasolina de aviación - Gasolina para los aviones en los cuales viajamos,
- Diesel - De uso común en camiones de carga y para los autobuses.
- Queroseno - Se utiliza en cocinas de las casas y en equipos industriales. Es el que comúnmente se llama "petróleo".
- Disolventes alifáticos - Sirven para la extracción de aceites, pinturas, pegantes y adhesivos; para la construcción de cauchos, ceras, y productos para limpieza en general.
- Asfaltos - Se utilizan para la producción de asfalto, el asfalto es el material con que se construyen las calles, por esos es que son de color negro.
- Bases lubricantes - Es la materia prima para la producción de los aceites para los carros.
- Ceras parafínicas - Es la materia prima para la producción de velas y similares, ceras para pisos, fósforos, vaselinas, etc.
- Polietileno - Materia prima para la industria del plástico en general.
El reciclaje consiste en la reutilización de objetos sólidos que consideramos inservibles y desechados, si los reciclamos de una forma correcta podemos formar otros objetos o incluso rehacer los mismos.
Por medio del reciclaje podemos darle un buen uso a tanta basura que hay por toda la ciudad, además ayudamos al ecosistema removiendo tantos desperdicios de los parques, las playas, las montañas, etc.
¿Cuáles materiales se reciclan?
Absolutamente todos los envases y objetos de vidrios se pueden reciclar, así que no los botes. Por su parte el aluminio se puede reciclar muchas veces, una y otra vez, si reciclamos las latas de aluminio podemos ahorrar un 95% de energía eléctrica para la realización de nuevas latas, por eso es que hay tantas personas que las recogen en las calles. En el caso del papel, este material si sufre una baja en su calidad al reciclarlo pero es aceptable teniendo en cuenta que por una tonelada de papel reciclado se pueden salvar aproximadamente 17 árboles de nuestros bosques y por último en el caso del plástico, este material puede reciclarse y crear con él nuevos objetos, así que lo que un día fueron varias tazas de plásticos podrían ser con mucho empeño un excelente juguete. Ahora vez lo importante del reciclaje.
Materiales de la naturaleza para construir y decorar nuestra casa
Todos los objetos que tenemos a nuestro alrededor son construidos con materiales que provienen de una u otra forma de la naturaleza, desde un lápiz hasta los cauchos de los carros. En tu casa podrás observar que la mesa proviene de la madera, los vasos del vidrio y tus juguetes del plástico y por consiguiente del petróleo.
Oxidación y corrosión
En algunos libros, se incluye la oxidación dentro de lo que es el proceso de corrosión. Otros lo toman como dos procesos distintos. Encontré en algunos que llaman a la oxidación "corrosión seca" y a la corrosión propiamente dicha "corrosión húmeda" Básicamente, la oxidación es la reacción de un material con el ambiente, pero en ausencia de líquido. Es la reacción de un material con el oxígeno. El producto de la reacción es un óxido. Si ese óxido es estable, se va a formar una capa en la superficie. Es decir que el material aumenta su peso y volumen. En muchos materiales, a temperatura ambiente, este proceso es muy lento y no ocasiona problemas, pero sí a temperaturas altas. Es un problema importante en la industria. Corrosión también es la reacción de un material con su ambiente pero en presencia de una solución líquida. Basta solamente con la humedad ambiental por ejemplo, que forma en los materiales una pequeña capa. Hay muchos tipos de corrosión. En el caso de los metales, el metal pasa a su estado oxidado y se disuelve en la solución (en el líquido que se dio la reacción) es decir que se va perdiendo material.
Y ante estos casos, siempre hay una solución. Neutralizantes del oxido o corrosión.
Hay un producto que se llama neutralizador de óxido, es parecido a un aceite y al aplicarlo con un pincel por encima del óxido, hace una reacción química y convierte el hierro pavonado.Aunque no es aconsejable quitar el polvo del oxido antes de aplicar el producto, una vez seco dale imprimación o aparejo, seguir con el proceso de pintado, como si fuese una superficie normal.
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