EL SER HUMANO Y LOS MATERIALES

Sonia Aparicio Carmona

CMC

ÍNDICE

• Introducción– Historia– Clasificación de los materiales

• Algunos materiales– Los metales– Polímeros– Otros materiales– Nanotecnología

• Mirando al futuro

INTRODUCCIÓN

Los materiales

INTRODUCCIÓN

• Todo elemento artificial que encontramos en la actualidad forma parte de un proceso de desarrollo que comienza con el nacimiento de la civilización humana

Los materiales juegan un papel crucial en nuestras vidas

HISTORIA

• El descubrimiento de un nuevo material suponía un gran avance social

• Uno de los mayores avances tecnológicos fue el descubrimiento del fuego

• La historia se puede dividir por edades:– Edad de piedra– Edad del bronce – Edad del hierro– Edad del silicio

HISTORIA: La Edad de Piedra

• Comienza hace unos 2,5 millones de años, con ella nace la tecnología

• Invención de útiles cortantes de piedra para cazar, defenderse y trabar otros materiales (hueso, madera…) Busqueda de piedras de calidad (minería)

• También se desarrolla la alfarería y la metalurgia

HISTORIA: La Edad de Bronce

• Comienza con el descubrimiento casual del cobre:– En alfarería se utilizaban distintos minerales para decorar– Alguno de estos minerales contenía cobre– Cuando se introducía en un horno con carbón, el mineral se

fundía quedando gránulos metálicos rojizos entre las cenizas (cobre)

HISTORIA: La Edad de Bronce

– Los gránulos metálicos se podían reunir y fundir juntos para fabricar espadas, hachas, puntas de flecha…

• Más tarde se realizo la aleación de cobre y estaño, creando el bronce, que fundía a mayor temperatura y poseía una mayor tenacidad

• Aunque no eran tan afiladas como las armas de piedra:– Eran menos frágiles

– Podían ser más grandes

– Mayor capacidad de ser moldeadas

HISTORIA: La Edad de Hierro

• Ocurre entre 1000 y 1500 años a.C., aunque el hierro es el mineral más abundante de la Tierra

• Era imposible de fundir (los hornos disponibles no llegaban a los 1535ºC necesarios)

• Al calentarlo se creaba un material poroso que consideraban desechable

• Más tarde, se descubrió que golpeándolo la escoria salía por los poros y quedaba el hierro

HISTORIA: La Edad de Hierro

• Golpeando en caliente este material se podían soldar pedazos para formar escudos, espadas e incluso ruedas Formas diferentes Hierro forjado

• Ventajas frente al bronce:– Abundancia– Mucha más tenacidad

HISTORIA: La Actualidad

• Hoy en día seguiríamos en la Edad de Hierro, pero según algunos historiadores hace unas décadas habríamos pasado a la Edad del Silicio o de los materiales electrónicos

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

• En nuestra vida cotidiana utilizamos infinidad de objetos

• Estos objetos se obtienen de los materiales de la naturaleza (MATERIAS PRIMAS) directamente, o transformándolos

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

• MATERIAS PRIMAS

• MATERIALES TRANSFORMADOS

– Objetos útiles, denominados, BIENES DE USO

• Otros materiales son los SINTÉTICOS, que se obtienen mediante procesos artificiales de transformación (plásticos, fibras…)

SIRVEN COMO BASE PARA CREAR

CON LOS QUE SE CONSTRUYEN

ELECCIÓN DE LOS MATERIALES

• En un proceso tecnológico es preciso la elección del material más favorable según sus características

• Los factores a tener en cuenta son:– Propiedades– Formas de trabajarlos– Provisión– Precio– Medio Ambiente

ALGUNOS MATERIALES

Los materiales

LOS METALES

• Elementos presentes en la corteza terrestre • Todos, menos el mercurio, son sólidos a

temperatura ambiente• Pueden experimentar (algunos) procesos de

oxidación • Conductores de calor y electricidad• Se pueden someter a aleaciones para variar sus

propiedades

LOS METALES. Propiedades

• Dureza: Resistencia a ser rayado o penetrado• Elasticidad: Capacidad de recobrar su estado

original después de ser deformado• Tenacidad: Opuesto a la fragilidad, resistencia a

golpes• Maleabilidad: Mediante presión, se transforma en

finas láminas• Ductilidad: Puede estirarse con hilos • Resistencia mecánica: Oposición a ser deformado

o roto a esfuerzos de tracción, torsión, compresión, cizalladura y flexión

LOS METALES. Propiedades

• Esfuerzos a los que pueden ser sometidos los metales para probar su resistencia mecánica

Flexión Cizalladura

Torsión

LOS METALES. Clasificación

• Metales férricos: Contienen hierro, reciben el nombre de productos siderúrgicos

• Metales no férricos: No contienen hierro– Metales pesados: Cobre, cinc…

– Metales ligeros: Aluminio o titanio

– Metales ultraligeros: Magnesio

LOS METALES. Extracción

Los metales suelen extraerse de yacimientos.• El material obtenido de estos yacimientos,

normalmente no es el metal en estado puro. En este material obtenido se diferencian:– La mena: Metal aprovechable– La ganga: Minerales no aprovechables

• Los yacimientos se encuentran en las minas, que pueden ser:

Subterráneas A cielo abierto

LOS METALES. Utilización

• Dependiendo de las propiedades independientes de cada metal, estos son usados para específicas situaciones en los que se requieran de estas propiedades

• Los usos mas generales de los metales son:– Realización de conductores eléctricos– Aleaciones– Bisutería y joyería– Monedas– Elementos mecánicos– Canalones y tuberías– Vehículos (aviones, coches, motos…)– Etc.

LOS POLÍMEROS

• Macromoléculas obtenidas a partir de moléculas sencillas repetidas miles de veces

• Químicamente son muy simples• Actualmente constituyen una importante parte en la

tecnología• Bastante contaminantes (difícil biodegradación)

LOS POLÍMEROS. Historia

• Utilización de resinas y gomas naturales desde civilizaciones antiguas

• 1761-Primeras investigaciones sobre el caucho• 1830-Charles Goodyear desarrolla la vulcanización

(mezclar caucho natural con azufre a cierta temperatura)

• Finales del XIX-Desarrollo del primer termoplástico, el celuloide

LOS POLÍMEROS. Historia

• Principios del XX-Primer polímero completamente sintético, la baquelita

• 1920-Hermann Staudinger postula la existencia de macromoléculas

• 1927-Se desarrolla el acetato de celulosa y el cloruro de vinilo, que permite producir el PVC

• 1930-Se inventan la mayoría de los polímeros

LOS POLÍMEROS. Clasificación

• Se pueden clasificar atendiendo a distintos criterios. Desde el punto de vista de obtención y producción:– Polímeros naturales: Provienen de vegetales y animales (almidón,

lana…)

– Polímeros artificiales: Transformación de polímeros naturales mediante procesos químicos (caucho vulcanizado…)

– Polímeros sintéticos: Mediante procesos de polimerización controlados por el hombre (nylon, metacrilato…)

LOS POLÍMEROS. Propiedades físicas

• Las propiedades varían en cada polímero dependiendo de los monómeros que lo formen

• Las propiedades principales son:

– Plasticidad

– Elasticidad

– Resistencia mecánica

– Resistividad eléctrica

– No reacciona con la mayoría de las

sustancias

• Estas características les hacen perfectos para ser usados en lugares sometidos a fuerzas o donde se requiera un aislante de electricidad, como en las tuberías de agua

OTROS MATERIALES

• Antes, el descubrimiento de nuevos materiales era cuestión de azar.

• En la actualidad esta práctica se fundamenta en el conocimiento de los mecanismos de la unión de átomos– Esto permite la creación de materiales con unas

características prediseñadas • ropa impermeable que deja transpirar• Medios de transporte más ligeros• Pantallas planas y delgadas como un libro…

• Un fenómeno que permite la creación de este tipo de materiales es la PIEZOELECTRICIDAD

OTROS MATERIALES. La piezoelectricidad

• Consiste en la aparición, en las caras opuestas de ciertos materiales de cargas positivas y negativas respectivamente cundo se someten a:– Esfuerzos de tracción o compresión– Y a la inversa, expansión o contracción cuando son

sometidos a electricidad

• Gracias a esto se ha conseguido realizar:– Esquís de última

generación– Músculos artificiales

OTROS MATERIALES. En la actualidad

• Los avances tecnológicos requieren de materiales que los hagan posibles– Materiales superconductores: Principal propiedad:

Conducen la corriente eléctrica sin resistencia (Usados en los trenes de levitación magnética)

OTROS MATERIALES. En la actualidad

– Materiales para el espacio:• Tratamiento radiactivo con base de neutrones del hierro• Creciente uso de titanio y circonio• Investigaciones sobre:

– Membranas ligeras y resistentes a la radiación

– Polímeros delgados, flexibles y resistentes

– Lentes y espejos plegables que capten energía solar, velas solares…

OTROS MATERIALES. En la actualidad

– Avances en ingeniería y construcción: Uno de los mayores avances en la actualidad es el composite:

• Compuesto formado por fibras rectas y largas situadas en el interior de una matriz que mantiene las fibras unidas y distribuye los esfuerzos

LA NANOTECNOLOGÍA

• Es un sector muy novedoso• La nanotecnología es el estudio, diseño, creación, síntesis,

manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala.

• Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas.

• Se crean materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.

MIRANDO AL FUTURO

Los materiales

Tendencias de desarrollo

• Actualmente, crecen rápidamente las industrias de polímeros o nuevas cerámicas

• Existe tendencia en:– Sustituir los metales y sus aleaciones por

plásticos, cerámicos y compuestos

FIN