Enlaces en Materiales - Química de Materiales

Química de los Materiales

• Los materiales tienen propiedades que dependen de la disposición geométrica de los átomos y de las interacciones entre ellos.

Enlace en los Materiales

• Enlace Iónico: Los electrones se transfieren de un átomo electropositivo a uno electronegativo, creando un enlace electrostático. Este enlace implica un alto contenido energético de enlace, puntos de fusión altos y gran dureza. Un átomo cede sus electrones de valencia al otro.

  • Ejemplos: Cementos, hormigones, rocas, yesos, cales y ladrillos.

• Enlace Covalente: Los átomos comparten electrones en pares. Este enlace ocurre entre átomos no metálicos.

  • Ejemplos: Compuestos entre átomos no metálicos (sin especificar).

• Enlace Metálico: Los electrones se comparten de forma deslocalizada entre todos los átomos del cristal metálico. Este enlace ocurre entre átomos metálicos.

  • Ejemplos: Metales (sin especificar, pero se asume toda la gran variedad de metales).

Corrosión - Tratamientos

• La corrosión es la interacción de los metales con el ambiente, provocando un cambio químico que deteriora sus propiedades.

• Ejemplos de Corrosión:

  • Oxidación del hierro (Fe + O2 → FeO2)
  • Corrosión causada por fluidos que pueden causar rupturas en tuberías.
  • Corrosión por cavitación (formada por burbujas de vapor de líquido).

• Tipos de Corrosion:

  • Visible: La corrosión es evidente en la superficie del material.
  • Invisible: La corrosión puede ocurrir dentro del material sin ser visible en la superficie, afectando los mecanismos internos del material.

Por qué se corroen los materiales?

• Los materiales en su estado natural a menudo están mezclados con otras sustancias, y su obtención necesita energía. Cuando un material se corroe, retorna a su estado natural, liberando energía.

• La corrosión anula los tratamientos y el proceso de conformado de los materiales. Cuanto más complejo es el proceso de extracción del metal, más sensible es a la corrosión.

Protegiendo los materiales de la corrosión

• Métodos de protección para prevenir la corrosión:
  • Recubrimientos: Permanentes, como pintura o metales (níquel).
  • Protección catódica: Utilizando un metal que se corroe más fácilmente para proteger a otro material.
  • Inhibidores: Sustancias añadidas en pequeñas concentraciones para disminuir la velocidad de corrosión.

Polímeros

• Sustancias orgánicas (naturales o artificiales) de alto peso molecular, formadas por la unión de moléculas de bajo peso molecular (monómeros).
  • Ejemplos de los procesos de polimerización (sin especificar).
  • Grado de Polimerización: Número de unidades repetidas en la cadena polimérica.

Propiedades Físicas de los Polímeros

• Bajas temperaturas de fusión.
• Aislantes térmicos y eléctricos.
• Alto coeficiente de dilatación.

Propiedades Mecánicas de los Polímeros

• Baja resistencia a la tracción.
• Baja tenacidad.

Homo- y Copo-Polímeros

• Homopolimeros: Contienen el mismo monómero a lo largo de la cadena.
• Copolimeros: Contienen dos o más monómeros diferentes. La disposición de los monómeros en la cadena afecta sus propiedades.

Estructuras de los Polímeros

• Lineales: Todos los monómeros unidos en una secuencia lineal.
• Ramificadas: Ramificaciones laterales en la cadena principal.
• Entrecruzadas: Enlaces entre cadenas vecinas. Algunas son termoestables con alta rigidez.

Propiedades Mecánicas y Térmicas

• Termoplasticos: Cadenas flexibles con interacciones mediante fuerzas de Van der Waals

• Se funden sin descomposición permitiéndoles ciclos de calentamiento y enfriamiento repetidos sin degradación.

• Termoestables: Cadenas reticuladas mediante enlaces covalentes, son rígidas y resistentes a la degradación mediante ciclos.

• Elastómeros: Cadenas flexibles con cierta entrecruzamiento. Permiten deformarse elásticamente, pero no permanentemente.

Orientación Espacial de las Cadenas Polímericas

• Amorfos: Estructura desordenada. Son comunes en termoestables, termoplasticos y elastómeros.
• Cristalinos: Estructura ordenada, presentes solo en algunos termoplasticos.
• Semicristalinos: Combinación de regiones cristalinas y amorfas en una estructura mixta.

Temperatura de Transición Vítrea (Tg)

• Temperatura a la que un polímero amorfo se endurece como un sólido.

Polímeros en la Construcción

• Aislamiento, carpintería, revestimientos para suelos, cubiertas solares, entre otros.

Cerámicas

• Compuestos formados por elementos metálicos y no metálicos con enlaces iónicos, altas temperaturas de fusión, fragilidad y baja tenacidad.
  • Aislantes térmicos y eléctricos.
  • Sensibles a cambios de temperatura repentina.

Estructuras Cerámicas

• Compuestos iónicos y parcialmente iónicos formados por cationes metálicos y aniones no metálicos. Forman estructuras cristalinas complejas.

Cerámicas Tradicionales

• Silicatos, sílice y alúmina. Componentes principales en rocas y corteza terrestre.

Cerámicas Nuevas

• Al2O3, SiC y Si3N4 (son compuestos usados en laboratorios). Presentan propiedades mecánicas y de fusión altas.

Cerámicas Amorfos (Vidrios)

• Unidades básicas silicatos (SiO2), de altas temperaturas de fusión, muy viscosas. Se utilizan en muchos procesos constructivos. Se forman bajo altas temperaturas.

Productos de Vidrio y sus Aditivos

• Compuesto químico principalmente de SiO2 con otros componentes como Na2O, CaO, Al2O3, etc. usados en la creación de diferentes productos (para ventanas, envases, bombillas, laboratorio, etc.), que dependen de la pureza del SiO2.

Hormigón Convencional

• Material compuesto de áridos, aglomerante (cemento) y agua. Está formado por la combinación de clinker, yeso y aditivos.
  • Resistencia. La combinación de cemento + cantidad de áridos.
• El cemento se obtiene tras la combinación de clinker, yeso y aditivos (cambian la viscosidad y el tiempo de fraguado).

Hormigón Polimerico

• Hormigón convencional con parte o todo el cemento reemplazado por polímeros (para mejorar el comportamiento físico y mecánico). Poliestireno, poliestireno, poliester, y polimetilmetacrilato. -Excelente resistencia mecánica. -Gran resistencia a la corrosión, radiación UV

Metales y Aleaciones

• Enlace metálico: Enlace entre átomos metálicos con un mar de electrones compartidos.
• Aleaciones: Combinación de metales o metales con otros elementos que producen propiedades únicas.
  • Hierros y Aceros: Combinación de hierro y carbono, crucial en aplicaciones estructurales. Se forman diferentes aleaciones desde aceros de baja y alta aleación con propiedades diferentes.
  • Tratamientos térmicos: Procesos de calentamiento y enfriamiento para mejorar las propiedades de metales y aceros
• Aleaciones no ferrosas: Incluyen aleaciones de cobre y aluminio

Aceros de alta aleación/aceros inoxidables

• Enriquecidos con Cr, además de Fe y C, que proporcionan mayor resistencia a la oxidación. Son más caros pero resistentes a altas temperaturas, corrosion y fatiga.

Aleaciones No ferrosas

• Compuestos sin hierro como materiales principales. Ejemplos: Cobre, Aluminio y sus aleaciones, con propiedades particulares

Principales Aleaciones

• Al+Mg, Ti, Li: Aleaciones ligeras con una buena relación entre resistencia mecánica y peso.
• Titanio: Resistente a la corrosión y con un coeficiente térmico bajo.
• Aleaciones: Variedad de aleaciones con propiedades especiales para distintas necesidades (alta resistencia a presiones y temperaturas, etc.).