DEFINICIÓN y CLASIFICACION DE MATERIALES

DEFINICIONES SOBRE MATERIALES Y CLASIFICACIÓN

 

La palabra material hace referencia a aquello perteneciente o relativo a la materia, que es opuesto a lo espiritual. De todas maneras, el concepto tiene diferentes usos según el contexto. Para la ciencia, un material es cualquier conglomerado de materia o masa.

 

En ingeniería, un material es una sustancia (compuesto químico) con alguna propiedad útil, ya sea mecánica, eléctrica, óptica, térmica o magnética.

 

La ciencia de materiales es un campo multidisciplinario que estudia conocimientos fundamentales sobre las propiedades físicas macroscópicas de los materiales y los aplica en varias áreas de la ciencia y la ingeniería, consiguiendo que éstos puedan ser utilizados en obras, máquinas y herramientas diversas, o convertidos en productos necesarios o requeridos por la sociedad.

EL CONOCIMIENTO DE LOS MATERIALES

 

Históricamente, el desarrollo y la evolución de las sociedades han estado íntimamente vinculados a la capacidad de sus miembros para producir y conformar los materiales necesarios para satisfacer sus necesidades. Los prehistoriadores han encontrado útil clasificar las primeras civilizaciones a partir de algunos materiales usados: Edad de Piedra, Edad de Bronce, Edad del Hierro.

Las primeras civilizaciones tuvieron una disponibilidad bastante más reducido de diferentes materiales que las civilizaciones más tecnificadas. Inicialmente sólo se disponía de materiales naturales o seminaturales como piedras, madera, arcilla, cuero, etc.

 

Los metales no-preciosos raramente se encuentran en la naturaleza, sino que están en formas de minerales y se requiere un proceso de separación del metal puro a partir del mineral correspondiente. Con el transcurso del tiempo, en diversas áreas del planeta se llegó a técnicas para producir materiales con nuevas propiedades superiores a las de los naturales (principalmente aleaciones).

MATERIAS PRIMAS Y CLASIFICACIÓN MATERIALES

La expresión materias primas presenta dos enfoques distintos, por un lado se puede considerar que abarca las sustancias no elaboradas obtenidas del subsuelo o producidas por la agricultura que son la base de los materiales que se utilizan en la producción de bienes o la provisión de servicios, pero por otro laso se puede considerar que abarca los materiales de base requeridos para la fabricación de un producto. Las materias primas son uno de los grandes pilares del desarrollo técnico-tecnológico.

 

Mediante tratamientos físicos o químicos (refinación, aleación, síntesis química, etc.) las materias primas obtenidas directamente de la naturaleza se transforman en materiales aptos para su uso en aplicaciones técnico-tecnológicas.

Existe una variedad muy grande de materiales, a fin de sistematizar su análisis es interesante clasificarlos. Evidentemente existen diversas formas de hacerlo, según se tenga en cuenta sus orígenes, sus propiedades, su naturaleza, su estructura, etc. A continuación plantearemos algunas formas de clasificación:

1.- Clasificación de los materiales en función de su origen

 

En función de su origen, los materiales se pueden clasificar en: de origen mineral, de origen vegetal y de origen animal. Las materias primas de origen mineral pueden considerarse como no renovables, mientras que las de origen vegetal y animal pueden considerarse renovables.

MATERIALES DE ORIGEN MINERAL

 

Usamos el término mineral en forma genérica para referirnos a los constituyentes no vivos de la corteza terrestre, entre los cuales se incluyen elementos compuestos y mezclas que tienen rasgos definidos de composición química y propiedades. Generalmente son inorgánicos, pero a veces incluyen combustibles fósiles, por ejemplo carbón, petróleo, que son de origen vegetal o animal; los minerales son las materias primas de una amplia variedad de elementos (principalmente metales) y compuestos químicos. Los MATERIALES de ORIGEN MINERAL se suelen dividir en metálicos y no metálicos (metales y no metales).

MATERIALES METÁLICOS

 

Son materiales metálicos los metales y sus aleaciones. Los metales son elementos químicos que presentan, en mayor o menor grado, características como: buena conductividad eléctrica y térmica, brillo, opacidad, dureza, fusibilidad, plasticidad, etc. Los materiales metálicos se pueden subdividir en dos grandes grupos: los ferrosos y los no ferrosos. El primer grupo comprende el hierro y los materiales de él derivados: el acero y la fundición. El segundo grupo comprende todos los otros metales y sus aleaciones. A su vez, en función del peso, los metales se pueden subdividir en dos grupos: metales ligeros y metales pesados. Los metales ligeros son aquellos cuyo peso específico es inferior a 5kg/dm³ (aluminio, magnesio, titanio, berilio, litio, bario, sodio, potasio, calcio, estroncio, rubidio, cesio, radio, etc.). Los metales pesados son aquellos cuyo peso específico supera los 5 km/dm³ (plomo, hierro, cobre, estaño, cromo, manganeso, cobalto, zinc, molibdeno, mercurio, plata, oro, platino, etc.)

MATERIALES NO METÁLICOS

 

El término no metal incluye dos grupos de elementos: un grupo consta de elementos que tienen poca o ninguna similitud con los metales, generalmente no poseen sus características, y el otro grupo consta de elementos que no son más parecidos a metales, especialmente en cuanto a sus propiedades eléctricas; los elementos de este grupo son semiconductores. Algunas veces se los cita como metaloides. El primer grupo consta de gases (gases nobles, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, cloro, flúor), un líquido (bromo) y varios sólidos (carbono, fósforo, azufre, iodo). Los elementos de este grupo son malos conductores del calor y de la electricidad (excepto el carbón puro cuando se encuentra bajo la forma de grafito); no tiene brillo metálico, ni la dureza de los metales (excepto el carbón puro cuando tiene la forma de diamante). El segundo grupo incluye boro, silicio, arsénico, germanio, selenio, teluri, antimonio, polonio, etc., todos los cuales son sólidos que poseen, en cierto grado, propiedades semiconductoras, al respecto merece destacarse el germanio y el silicio.

Recordemos que el silicio es uno de los elementos más abundante de la corteza terrestre, aunque casi nunca se lo encuentra en forma elemental, sino que en numerosos minerales, como el cuarzo por ejemplo, y es el componente principal de la arena. Se lo emplea desde la antigüedad en la fabricación del vidrio y de la cerámica, y hoy se usa también en la fabricación de transistores, circuitos integrados, células solares, cristales de cuarzo para relojes, fibra óptica y en la industria de los polímeros (plásticos) de silicona. El término no metal también se suele usar en un sentido amplio para referirse, en general, a los materiales sólidos que no son metales (plásticos, textiles, etc.).

MATERIALES DE ORIGEN VEGETAL

 

Estos materiales que, como su nombre lo indica, son de origen vegetal, están presentes en una gran cantidad de productos de la vida cotidiana. Su variedad y heterogeneidad es muy grande, y las propiedades y características varían mucho de unos a otros. Entre los mismos podemos mencionar: la madera, la celulosa, el algodón, el cáñamo, la goma, etc.

MATERIALES DE ORIGEN ANIMAL

 

Estos materiales están presentes en una gran cantidad de productos de la vida cotidiana. Su variedad y heterogeneidad es muy grande, y las propiedades y características varían mucho de unos a otros. Entre los mismos podemos mencionar: el cuero, la lana, la seda, etc.

 

2.- Clasificación de los materiales en función de su naturaleza

 

En función de su naturaleza los materiales se pueden clasificar en: naturales y artificiales.

 

MATERIALES NATURALES

Los materiales naturales son los que (en estado bruto, o sujetos a un proceso de purificación) existen en la naturaleza (por ejemplo: hierro, madera, cobre, petróleo, agua, mármol, arena, etc.).

 

MATERIALES ARTIFICIALES

Los materiales artificiales son los producidos por el hombre, partiendo de materiales naturales (por ejemplo: el papel, el bronce, el latón, el vidrio, la cerámica, etc.). Entre los artificiales podemos señalar a los sintéticos.

 

3.- Clasificación de los materiales en función de su estructura

 

Desde una óptica ingenieril, los materiales técnicos se pueden clasificar, según su estructura (atómica y/o microscópica), en cuatro grandes grupos: metales, cerámicas (y vidrio), polímeros y semiconductores, a éstos se les pueden agregar los compuestos. Los materiales compuestos son mezclas no homogéneas de los tres primeros.

 

Los tres primeros y los compuestos pueden considerarse materiales estructurales, mientras que los semiconductores, que se caracterizan por su conductividad eléctrica particular, e intermedia entre la de los conductores y la de los no conductores, pertenecen a un campo particular, el de la electrónica. Esta clasificación se fundamente en el hecho de que las propiedades, es decir las características observables de los materiales técnicos, dependen de su estructura a escala atómica y/o microscópica.

 

Materiales de Construcción

 

Una categoría especial son los Materiales de construcción, entendiendo por materiales de construcción los utilizados en la construcción de edificios. La importancia del tema queda en evidencia cuando pensamos que la construcción ha sido a lo largo de la historia una de las actividades prioritarias del hombre. Los materiales de construcción pueden clasificarse en: naturales y artificiales. Entre los materiales naturales podemos mencionar: mármoles, granitos, arena, grava, maderas, etc. Entre los materiales artificiales podemos mencionar; piedras artificiales, productos cerámicos, ladrillos, tejas, vidrios, plásticos, etc. En la construcción los plásticos tienen un gran campo de aplicaciones, cañerías de agua y de luz, desagües, barnices, revestimientos protectores, paneles, etc.

 

Fuente: http://www.oni.escuelas.edu.ar

Aleaciones: Una aleación es una mezcla sólida homogénea de dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos.

Se puede observar que las aleaciones están constituidas por elementos metálicos en estado elemental (estado de oxidación nulo), por ejemplo Fe, Al, Cu, Pb. Pueden contener algunos elementos no metálicos por ejemplo P, C, Si, S, As. Para su fabricación en general se mezclan los elementos llevándolos a temperaturas tales que sus componentes fundan.

            Las aleaciones generalmente se clasifican teniendo en cuenta cuál o cuales elementos se encuentran presentes en mayor proporción, denominándose a estos elementos componentes base de la aleación. Los elementos que se encuentran en menor proporción serán componentes secundarios o componentes traza. Las aleaciones se pueden clasificar en dos grandes grupos: aleaciones ferrosas y aleaciones no ferrosas.

 

Así pues: 1) ALEACIONES FERROSAS

      

Base de la aleación: Fe

Componentes secundarios: metales (por ejemplo: Mn, Ni, V, Cr, Co)

no metales (por ejemplo: C, P, Si, S)

2)      ALEACIONES NO FERROSAS

 

  Base de la aleación: Cu

 Se emplean ampliamente en la industria debido a que presentan alta conductividad térmica y  eléctrica.

 Video de canal ENCUENTRO sobre MATERIALES

 

 

TP - MATERIALES-DEFINICIONES

1-Definiciones de material para la ciencia y la ingeniería.
2-¿Qué sucede con los metales no preciosos?
3-¿Qué es una aleación?
4-¿Qué es la ciencia de los materiales?
5-¿Qué es una materia prima? Dar ejemplos.
6-¿En qué tres grandes grupos pueden clasificarse los materiales?
7-Realice un mapa conceptual que ordene los conceptos recorridos de
clasificación de materiales.