Mentes Tecnologicas: MATERIALES

LOS MATERIALES

DEFINICIÓN:

Se denomina materiales a tipos de materia con características específicas. Cabe señalarse que desde el punto de vista físico, se denomina materia a toda entidad observable con energía, que puede ser medida y se puede ubicar de modo espacio temporal; los materiales vendrían a representar distintos tipos de materias másicas (medibles en cantidad); en efecto, existen formas de materia que carecen de masa, como por ejemplo la luz o como la radiación electromagnética, siendo los materiales formas de materias másicas. Estos pueden tener distintas características según su composición, en función de las propiedades que les son inherentes.

En primer lugar, los materiales tienen propiedades eléctricas, que determinan que sucede cuando una corriente eléctrica pasa a través de estos. Así, tendremos algunos materiales que funcionen como conductores, cuando permiten que la electricidad pase fácilmente por ellos; algunos que funcionaran como aislantes, cuando evitan que pase la corriente,; y finalmente, los que funcionaran como semiconductores, es decir, aquellos que solo permiten el paso de la electricidad cuando se producen condiciones determinadas, como por ejemplo, una determinada temperatura.

En segundo lugar, los materiales tienen propiedades mecánicas, es decir, tienen un determinado comportamiento cuando se los expone a fuerzas externas. Así, podemos hablar de la elasticidad, esto es de la capacidad de recuperar su forma primigenia cuando deja de tener efecto la fuerza que los afectaba; la plasticidad, que es básicamente lo contrario, es decir, la posibilidad de que el material tenga deformaciones permanentes; la maleabilidad, que consiste en la propiedad de los materiales de poder esparcirse en láminas; la ductilidad, que consiste en la capacidad de formar cables; la dureza, que consiste en la resistencia que ofrece a dejarse rayar por otro; la tenacidad, que es la resistencia a romperse cuando se golpea.

En tercer lugar, los materiales tienen propiedades térmicas, esto es, mantienen un comportamiento en el calor. Así, los materiales pueden tener conductividad térmica en la medida en que pueda transmitir el calor; pueden tener futilidad, que da cuenta de la capacidad que tiene de derretirse frente al calor; solidaridad, que es la capacidad que tiene de soldarse; y finalmente, puede presentar dilatación, que da cuenta de la capacidad para aumentar de tamaño cuando se expone al calor.

En cuarto lugar, los materiales tienen propiedades ópticas, esto es, tienen un determinado comportamiento ante la luz. De esta manera, los materiales pueden ser opacos, transparentes o translucidos, según la medida en que dejen ver objetos a través de ellos.

Para finalizar, cabe señalar que los materiales también tienen propiedades acústicas, según dejen transmitir el sonido, o propiedades magnéticas, según su capacidad de atraer a otros materiales.

El conocimiento de todas estas características y su aplicación en la manufactura de bienes es de notable relevancia, en la medida en que posibilita la resolución de problemas presentes en la cotidianidad. Es por ello que se han desarrollado carreras que se han abocado a este temática de modo exclusivo, a fin de cubrir las necesidades del mercado laboral.

QUE SON LOS MATERIALES?

Un material es un elemento que puede transformarse y agruparse en un conjunto. Los elementos del conjunto pueden tener naturaleza real (tangibles), naturaleza virtual o ser totalmente abstractos. Por ejemplo, el conjunto formado por cuaderno, temperas, plastilinas, etc. ... Se le puede llamar materiales de construcción.

Clases de materiales

* Metálicos (ferrosos y no ferrosos)
* Poliméricos
* Cerámicos
* Compuestos
* Electrónicos

Materiales metálicos

Los materiales metálicos son sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos metálicos, pudiendo contener algunos elementos no metálicos. Los metales tienen una estructura cristalina en la que los átomos están dispuestos de manera ordenada. Los metales son en general buenos conductores eléctricos y térmicos. Muchos metales son relativamente resistentes y dúctiles a temperatura ambiente y otros mantienen alta resistencia, incluso a temperaturas elevadas.

Los metales y aleaciones se dividen en metales y aleaciones ferreas, que contienen un alto porcentaje de hierro, como el acero o las fundiciones de hierro, y metales y aleaciones no ferreas, que carecen de hierro o solo contienen cantidades relativamente pequeñas.

Materiales poliméricos

La mayoría de los materiales poliméricos están formados por largas cadenas o redes de moléculas orgánicas. Estructural mente, la mayoría de los materiales polímericos no son cristalinos, pero algunos constan de mezclas de regiones cristalinas y no cristalinas. La resistencia y ductilidad de estos materiales varía enormemente. Debido a la naturaleza de su estructura interna, la mayoría son malos conductores de la electricidad. Algunos de estos materiales son buenos aislantes, de ahí su aplicación como aislantes eléctricos. En general, los materiales poliméricos tienen bajas densidades y relativamente bajas temperaturas de reblandecimiento o descomposición.

Materiales cerámicos

Los materiales cerámicos son materiales inorgánicos constituidos por elementos metálicos y no metálicos cohesionados químicamente. Los materiales cerámicos pueden ser cristalinos y no cristalinos o mezcla de ambos. La mayoría de los materiales cerámicos tienen elevada dureza y alta resistencia a elevadas temperaturas, pero tienden a ser frágiles. Las ventajas de los materiales cerámicos para su uso técnico se resumen en bajo peso, alta resistencia y dureza, alta resistencia al calor y al desgaste, poca fricción y propiedades aislantes.
Las propiedades aislantes, junto con la alta resistencia al calor y al desgaste de muchos materiales cerámicos, los hace útiles en revestimientos de hornos para tratamientos térmicos y fusión de metales como el acero. Una importante aplicación de los cerámicos son las losetas cerámicas del transbordador espacial. Estos componentes protegen térmica mente la estructura interna de aluminio del transbordador durante el lanzamiento y la re entrada en la atmósfera terrestre.

Materiales compuestos

Los materiales compuestos son mezclas de dos o más materiales. La mayoría de ellos constan de un determinado material de refuerzo y una resina aglomerante compatible con objeto de obtener las características específicas y propiedades deseadas. Normalmente, los componentes no se disuelven recíprocamente y pueden ser identificados físicamente gracias a la interfaces entre los mismos. Los materiales compuestos pueden ser de muchos tipos. Los que predominan son los fibrosos (compuestos de fibras en una matriz) y los particularizados (compuesto de partículas en una matriz). Existen muchas combinaciones diferentes de materiales de refuerzo y matrices que se pueden usar para producir materiales compuestos. Dos clases de materiales compuestos modernos son la fibra de vidrio que refuerza una matriz de poliéster o de resina oxide y las fibras de carbono en una matriz esteroídica.

Materiales electrónicos
Los materiales electrónicos no son importante por su volumen, pero sí por su avanza tecnología. El más importante de los materiales electrónicos es el silicio puro, al cual se lo puede modificar de distintas maneras para cambiar sus características electrónicas. Los dispositivos microelectrónicas han hecho posible nuevos productos, como los satélites de comunicaciones, las computadoras avanzadas, las calculadoras de bolsillo, los relojes digitales y los robots para soldar.

Ejemplos de Materiales Naturales

Los materiales naturales son aquellos que existen en estado bruto en la naturaleza. Es posible que solo pasen a ser útiles para el hombre cuando se someten a un proceso de purificación, y no por eso dejarán de ser naturales. Los materiales naturales también se denominan recursos naturales, y pueden deber su proveniencia biológica a un animal, a un vegetal o a un mineral.

Algunos de los recursos naturales tienen la característica de renovarse en una frecuencia de tiempo muy rápida y otros no alcanzan su renovación a la demanda que el ser humano hace de ellos: en este sentido es que muchas veces se alerta sobre su disponibilidad futura.

Ejemplos de Materiales Artificiales

Los materiales artificiales son los fabricados por el ser humano a partir de los naturales. Igual que ellos, en ocasiones tienen funcionalidades por sí mismos, pero pasan a ser materiales cuando son útiles para otros procesos. La proveniencia del medio natural aparece siempre, aunque los procesos de transformación se van modificando con el tiempo a efectos de que los costos se reduzcan progresivamente.

CARACTERISTICAS

Estos materiales tienen diferentes características dependiendo siempre del uso que se les aplique, pero en términos técnicos se pueden dividir en materiales naturales y materiales artificiales.

Naturales.- Los materiales naturales son todos los que tienen su origen en la naturaleza, y estos pueden ser:

Madera, azucares, frutas, verduras, hueso, pieles, cabello, dientes, plumas, aceites, grasas etc.

Artificiales.- Los materiales artificiales son aquellos que son creados por el ser humano, o que no tienen la capacidad de nacer, crecer y reproducirse, como sucede con las plantas, y los animales. Los productos artificiales pueden ser los siguientes:

Eléctricos, elementos químicos, gases, metales, piedras o rocas, plásticos, telas y vidrios entre otros.

Materiales teóricos.- Los materiales teóricos son las ideas o teorías que existen para el manejo de los materiales físicos, estos pueden ser leyes o ideas que serán utilizadas en forma sistemática o proyectada.

Variantes.- Algo que debemos tener en cuenta en los materiales son las circunstancias particulares, estas circunstancias producirán en los componentes o trabajos realizados diferentes efectos.

Cualidades.- Las cualidades son la elección adecuada del material y en términos empresariales es necesario distinguir las cualidades que se deberán adecuar al costo y al servicio, para que en sentido comercial produzca el mejor resultado al costo más bajo y con el menor daño a la naturaleza.

Así, pueden considerarse diferentes características como:

Densidad = La densidad es la cualidad de los materiales en el que tiene un vínculo entre masa y peso, lo que hace que la esponja sea más densa que el hierro.
Ductilidad = Esta se aplica directamente a los metales aunque también aplica a otros compuestos, y es la que les permite actuar con maleabilidad ante fuerzas externas.
Dureza = Esta es la forma en que se define la resistencia directa del material ante golpes, cortaduras y ralladuras.
Elasticidad = La elasticidad permite que los materiales regresen al punto original, y es aprovechado para que el objetivo produzca el efecto deseado.
Fatiga = Es la reacción que se mide al provocar tención o aplicar fuerza durante un tiempo determinado.
Flexión = Es la cualidad de los metales en las que se puede aplicar una fuerza y esta producir movimientos sin dañar la pieza.
Fusibilidad = Esta es la cualidad material que permite que se fundan al ser calentados.
Impacto = Este se presenta en todos los materiales, y en este sentido, el vidrio o cerámica al impactarse se fracturan en tanto que la piedra y algunos materiales son más resistentes al mismo.
Maleabilidad = Esta circunstancia permite doblar y estructurar el material sin que presente roturas o fisuras.
Plasticidad = Esta es una propiedad de los materiales que permite su transformación en artículos diferentes y acordes a las necesidades y proyectos.
Tenacidad = Es un aspecto que se presenta en los metales denotando su dureza y resistencia a la fuerza; estas al aplicar calor se reduce produciendo una disminución de la resistencia.
Torsión = Es producida cuando una fuerza es ejercida en un cuerpo sobre un eje central.
Tracción = Esta es la denominada “ley de Hooke”, en este dos fuerzas diametralmente opuestas tensan el material y producen un efecto determinado.

MATERIALES DE LABORATORIO

COMPONENTES DE LOS MATERIALES PARA LABORATORIO

Para quienes realizan tareas en un laboratorio, puede resultar muy común manejar los instrumentos, utensilios y herramientas, así como las sustancias y reactivos. Trabajadores, investigadores, estudiantes y profesores suelen manejar los instrumentos con pleno conocimiento de estos y con el cuidado y las medidas de seguridad adecuadas.

Sin embargo, es también muy común que algunos de los usuarios de los materiles para laboratorio no sepan cómo estos son fabricados, cuáles son sus componentes y por qué pueden soportar las altas temperaturas, contener ciertas sustancias o por qué algunos instrumentos que aparentemente tienen estructura y función similares no se utilizan de la misma forma.

En algunos casos incluso, sobre todo cuando se trata de estudiantes y trabajadores, los usuarios están tan familiarizados con el equipo y realizan sus tareas de manera casi automática, pues siguen instrucciones al pie de la letra, aunque no saben realmente por qué se deben utilizar ciertos instrumentos o sustancias para lograr una u otra reacción.

Aunque parezca intrascendente y la práctica compruebe que el conocimiento de los componentes que forman un instrumento, sustancia o utensilio utilizado en el laboratorio no es indispensable, conocer los componentes o materias primas que conforman las diferentes herramientas y compuestos utilizados en este puede ser de gran ayuda para reforzar y ampliar el conocimiento, e incluso para entender mejor los procesos que se llevan a cabo en el laboratorio.

Los diferentes instrumentos que se utilizan en el laboratorio poseen características particulares que derivan de su composición, esto con el fin de que cada uno de los utensilios o compuestos sirvan para el propósito que se requieren. Por ello los fabricantes de estas herramientas científicas, académicas e industriales utilizan materiales específicos para la producción de cada una de ellas.

El vidrio es un material utilizado en la fabricación de un gran número de instrumentos que se emplean en el laboratorio, pero se suelen utilizar principalmente dos tipos: vidrio sódico y vidrio de boro silicato.

El vidrio sódico es el tipo de vidrio más común y es utilizado en muchos ámbitos como la industria, la ciencia, la cocina, el mercado de bebidas, en ventanas, mostradores y demás productos. Este tipo de vidrio es resistente hasta cierto punto, pero muy sensible a los cambios de temperatura, por ello su uso en la fabricación de instrumentos utilizados en el laboratorio se limita a frascos, recipientes, contenedores y algunos aparatos que cuentan con protección, componentes o paredes hechas con este tipo de vidrio.

Por su parte, uno de los componentes más utilizados para fabricar materiales de laboratorio es el vidrio de boro silicato, un tipo de vidrio muy particular que contiene óxidos de silicio y boro, lo cual provee a este material de una gran resistencia al choque térmico, un bajo coeficiente de dilatación y una gran resistencia química.

Por estas razones, una gran cantidad de instrumentos especializados son fabricados con vidrio de borosilicato, como las pipetas, probetas y buretas, matraces, vasos de precipitados y tubos de ensayo, entre otros, instrumentos que pueden ser expuestos de manera directa al fuego, pueden contener prácticamente cualquier sustancia y soportar casi cualquier reacción sin inconvenientes.

Otro componente que se utiliza con este fin es la porcelana, un material cerámico que es altamente resistente a sustancias químicas y a las altas o bajas temperaturas. Estas cualidades hacen que la porcelana sea muy útil y un excelente compuesto para la fabricación de utensilios como el crisol, el mortero, cápsulas y embudos.

Es posible que el corcho sea un material muy poco tomado en cuenta y que muchos incluso lo consideren innecesario para el trabajo en laboratorio, sin embargo, resulta ser un tejido muy útil en la práctica. El corcho está formado por suberina, polifenoles, celulosa, ceras y otros compuestos minoritarios, composición que dota al corcho de gran elasticidad, impermeabilidad y aislamiento térmico. Puede ser utilizado como corrector acústico y tiene una gran durabilidad, características que hacen del corcho el tapón perfecto para muchos recipientes, frascos y contenedores utilizados en el laboratorio.

El hule, un polímero cuya principal cualidad es su elevada residencial, flexibilidad y maleabilidad también es utilizada por muchos fabricantes de materiales de laboratorio para llevar a cabo la producción de sus diferentes artículos. Pero hay varios tipos de hule que pueden ser utilizados con este propósito.

El primer tipo es el hule natural, un polímero con gran elasticidad y resistencia, sin embargo, su durabilidad no es alta y es poco resistente a sustancias corrosivas y al calor. Su uso principal es en guantes y mangueras. El caucho es otro tipo de hule, con una mayor resistencia a diferentes sustancias, resistencia a la abrasión y bastante económica. Por esto es un material muy utilizado para fabricar tapones, bulbos, mangueras y peras de succión.

Otros tipos de hule que son utilizados por los fabricantes son el cloropreno, el nitrilo, la silicona, el vitón y algunos tipos de caucho con propiedades específicas. Las características de estos tipos de goma varían, algunas son resistentes al aceite, a la abrasión, otras son más duras, más flexibles o más duraderas, algunas son resistentes a la combustión. Dependiendo de sus características, los distintos polímeros son utilizados en diferentes instrumentos y con diferentes propósitos.

Por supuesto, el plástico es otro de los componentes más comunes no solo de instrumentos utilizados en los laboratorios, sino en artefactos de uso cotidiano y en muchos ámbitos de la vida diaria. De la misma forma que sucede con la goma, hay varios tipos de plástico que se pueden encontrar en los diferentes utensilios de laboratorio. Los tipos más comunes son el polietileno de alta y baja densidad (HDPE y LDPE), polipropileno (PP), polimetilpentano (PMP), politetrafluoroetileno (PTFE), polietilentereftalato (PET), poliestireno (PS) y el policarbonato (PC).

Por lo general, estos plásticos suelen ser traslúcidos, maleables, poseen gran resistencia química, en su mayoría son resistentes a altas temperaturas, algunos son rígidos y otros flexibles y pueden servir como aislantes térmicos. En lo que al laboratorio se refiere se puede encontrar en embudos, recipientes, frascos, bolsas contenedoras, cápsulas y como componente de varios equipos y aparatos.

El metal también se puede encontrar en los diversos instrumentos y equipo de laboratorio, empezando por las mesas, sillas, fregaderos e instalaciones eléctricas, de gas y agua. Este material tiene una energía de ionización baja, es muy duro y resistente a sustancias químicas, temperaturas extremas y golpes, dependiendo de su presentación puede ser flexible o rígido, es maleable, dúctil y de gran durabilidad. Por todas estas características el metal es utilizado en muchos de los instrumentos eléctricos y mecánicos que se utilizan en un laboratorio.

Hay otros materiales de laboratorio que son de suma importancia para las tareas científicas, académicas o industriales. Se trata de las sustancias, compuestos y reactivos. Algunos de estos se pueden obtener directamente de la naturaleza, otros requieren ser fabricados, pero se podría resumir que los elementos que los componen son todos aquellos que aparecen en la tabla periódica de elementos químicos, algunos materiales incluso son el elemento puro.

Sin importar cuál sea el material o componente del utensilio, lo más importante es saber utilizar cada compuesto e instrumento de la manera correcta para garantizar el éxito de la tarea y la seguridad de los usuarios.