Propiedades de los materiales

Propiedades de los materiales

1. Físicas

   • Las propiedades físicas son aquellas que logran cambiar la materia sin alterar su composición. Dependen de la estructura y el procesamiento del material, describen características como: magnetismo, calor, conductividad eléctrica o térmica.
     • Las propiedades de los materiales están determinadas básicamente, por el orden estructural de los átomos de cada material, siendo entonces diferentes para cada tipo de ellos, sin embargo, las más relevantes son las siguientes:
       • Densidad
         • La densidad es una de las propiedades más importantes en los materiales, ya que determina el peso de la estructura o componente. Se debe recordar que la densidad de un material varía por tres factores específicos: la masa atómica media de sus átomos media de sus átomos o iones, el tamaño atómico.
       • El punto de fusión
         • (O, rara vez, el punto de licuefacción) de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido a líquido. En el punto de fusión, la fase sólida y líquida existe en equilibrio termodinámico. El punto de fusión de una sustancia depende de la presión y generalmente se específica a una presión estándar, como 1 atmósfera o 100 kPa.
       • La dilatación térmica
         • Es el proceso por el cual los cuerpos aumentan su volumen debido a su temperatura. Afecta a todos los estados de agregación de la materia. Sucede Cuando un cuerpo aumenta su temperatura, las partículas se mueven más deprisa, por lo que necesitan más espacio para desplazarse. Es por ello que el cuerpo necesita aumentar su volumen.

2. Mecánicas

   • se dividen en:
     • Tracción:
       • Es esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.
     • Compresión
       • Es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (coeficiente de Poisson).
     • Torsión
       • Es la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.
     • Elasticidad
       • Cualidad que presenta un material para recuperar su forma original al cesar el esfuerzo que lo deformó. Por ejemplo, un globo.
     • Plasticidad
       • Cualidad opuesta a la elasticidad. Indica la capacidad que tiene un material de mantener la forma que adquiere al estar sometido a un esfuerzo que lo deformó. Por ejemplo, un envase de platico.
     • Dureza
       • Resistencia que opone un cuerpo a ser penetrado por otro. Esta propiedad nos informa sobre la resistencia al desgaste contra los agentes abrasivos. Ejemplo, diamantes.
     • Fragilidad
       • Es el opuesto de la tenacidad, es la facilidad con la que se rompe un material sin que se produzca deformación elástica. Por ejemplo el vidrio.
     • Tenacidad
       • Resistencia a la rotura de un material cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación. Ejemplo, acero.
     • Resiliencia
       • La resiliencia es la propiedad de un material que permite que recupere su forma o posición original después de ser sometido a una fuerza de doblado, estiramiento o compresión.
     • Maleabilidad
       • Se refiere a la capacidad de un material para ser conformado en láminas delgadas sin romperse. Ejemplo, aluminio.
     • Extruibilidad
       • Es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. El material se empuja o se extrae a través de un troquel de una sección transversal deseada. Las dos ventajas principales de este proceso por encima de procesos manufacturados son la habilidad para crear secciones transversales muy complejas con materiales que son quebradizos, porque el material solamente encuentra fuerzas de compresión y de cizallamiento. Además las piezas finales se forman con una terminación superficial excelente.
     • Ductilidad
       • Los materiales dúctiles son aquellos que pueden ser estirados y conformados en hilos finos o alambre. Por ejemplo, el cobre.
     • Resistencia al desgaste
       • La resistencia a la abrasión o al desgaste de los materiales de aluminio es particularmente baja en el rozamiento en seco. No existe relación entre dureza y resistencia mecánica por un lado y resistencia a la abrasión por el otro.
     • Resistencia al corte
       • La resistencia al cizallamiento es importante para el cálculo de la fuerza necesaria para el corte y para determinadas construcciones. No existen valores normalizados. Generalmente está entre el 55 y 80 % de la resistencia a la tracción son los materiales que son muy difíciles de cortar o romper y se aplica formas para lograrlo.
     • Resistencia a la fatiga
       • La fatiga depende de una serie de factores. Además de la composición, estado y procedimiento de obtención del material, hay que considerar la clase y frecuencia de las solicitaciones y, especialmente, la configuración de los elementos constructivos (distribución de fuerzas, tensiones máximas, superficie). La denominación "resistencia a la fatiga" se utiliza como concepto genérico para todos los casos de solicitud alternativas.
     • Resistencia al impacto
       • La resistencia al impacto describe la capacidad del material a absorber golpes y energía sin romperse. La energía de impacto es análoga a la tenacidad.

3. Químicas

   • Corrosión
     • Se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma de mayor estabilidad o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. El proceso de corrosión es natural y espontáneo.
   • Oxidación
     • La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal ceden electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.

4. Ópticas

   • son:
     • Opacidad
       • Transparencia
         • Translucidez
           • Reflexión y Refracción
             • Luminiscencia
               • Es todo proceso de emisión de luz cuyo origen no radica exclusivamente en las altas temperaturas sino que, por el contrario, es una forma de "luz fría" en la que la emisión de radiación lumínica es provocada en condiciones de temperatura ambiente o baja. Cuando un sólido recibe energía procedente de una radiación incidente, ésta es absorbida por su estructura electrónica y posteriormente es de nuevo emitida cuando los electrones vuelven a su estado fundamental.
             • Al igual que la reflexión de las ondas sonoras, la reflexión luminosa es un fenómeno en virtud del cual la luz al incidir sobre la superficie de los cuerpos cambia de dirección, invirtiéndose el sentido de su propagación. En cierto modo se podría comparar con el rebote que sufre una bola de billar cuando es lanzada contra una de las bandas de la mesa.
           • Son los materiales que permiten el paso de la luz, pero no dejan ver con nitidez a través de ellos. Esta propiedad la tienen algunos plásticos, metacrilato, vidrios especiales o tintados, el papel de cebolla, y muchos otros.
         • Cuando deja pasar fácilmente la luz. La transparencia es una propiedad óptica de la materia, que tiene diversos grados y propiedades. Un material es translúcido cuando deja pasar la luz, pero no deja ver nítidamente los objetos. En cambio, es opaco cuando impide el paso de la luz.
       • Un material presenta opacidad1 cuando no deja pasar luz en proporción apreciable. Es una propiedad óptica de la materia, que tiene diversos grados y propiedades. Se dice, en cambio, que un material es traslúcido cuando deja pasar la luz, pero de manera que las formas se hacen irreconocibles, y que es transparente cuando deja pasar fácilmente la luz.

5. Eléctricas

   • Las Propiedades eléctricas de los materiales son las que determinan el comportamiento de un determinado material al pasar por él la corriente eléctrica. En líneas generales, la Conductividad es la propiedad que tienen los materiales para transmitir la corriente eléctrica, y la Resistividad es la resistencia que ofrecen al paso de dicha corriente.
     • Conductores
       • Son los que permiten fácilmente el paso de la corriente a través de ellos, por ejemplo los cables eléctricos.
     • No conductividad
       • (Aislantes) Son los que No permiten fácilmente el paso de la corriente a través de ellos, por ejemplo la cinta aislante para cables.
     • semi-conductividad
       • Son los que permiten el paso de la corriente a través de ellos sólo en determinadas condiciones o por debajo de una temperatura determinada. Están constituidos por silicio o germanio, con aditivos como arsénico, aluminio, fósforo, galio, boro. Son la base de todos los componentes electrónicos.
     • Superconductividad
       • Es la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica sin resistencia ni pérdida de energía en determinadas condiciones.
     • Efecto fotovoltaico
       • Consiste en la emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).
     • Ferro electricidad
       • que poseen por lo menos dos estados orientacionales enantiomorfos termodinámicamente estables, que pueden ser intercambiados de uno al otro por influencia de un campo eléctrico externo y cuya única diferencia es la dirección del vector de polarización.
     • piezoelectricidad
       • que el material presenta una polarización incluso después de haber retirado el campo eléctrico. Se puede explicar en función de una alimentación residual de dipolos permanentes. Un ejemplo es el titanato de bario.

6. Térmicas

   • se casifican en
     • Conductividad térmica
       • La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras, la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras adyacentes o a sustancias con las que está en contacto. La conductividad térmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor. Para un material isótropo la conductividad térmica es un escalar.
     • Fusibilidad
       • Es la facilidad con que un material puede derretirse o fundirse. Es la propiedad que permite obtener piezas fundidas o coladas.
     • Soldabilidad
       • Es la capacidad que tienen los materiales, de la misma o diferente naturaleza para ser unidos de manera permanente mediante procesos de soldadura, sin presentar transformaciones estructurales perjudiciales, tensiones o deformaciones que puedan ocasionar alabeos, La Soldabilidad de un material constituye una propiedad del mismo muy compleja y en muchas ocasiones queda condicionada a variaciones metalúrgicas y sus propiedades.
     • Dilatación
       • Es el proceso por el cual los cuerpos aumentan su volumen debido a su temperatura. Afecta a todos los estados de agregación de la materia. Sucede Cuando un cuerpo aumenta su temperatura, las partículas se mueven más deprisa, por lo que necesitan más espacio para desplazarse. Es por ello que el cuerpo necesita aumentar su volumen.
     • Resistencia al choque térmico
       • Se refiere a la rotura de algún material al sufrir un cambio drástico de temperatura. Sucede cuando un material sólido se quiebra al someterse a un aumento o descenso de la temperatura. Objetos de vidrio o cerámica son vulnerables a este efecto debido a su bajo nivel de tenacidad, a su baja conductividad térmica y a su bajo coeficiente de expansión térmica. La variación de temperatura causa que diferentes partes de un objeto se expandan más que otras, haciendo que la tensión del objeto no sea lo suficientemente fuerte y entonces se quiebra. Un ejemplo común es, en los laboratorios, al utilizar baño María.

7. Ecológicas

   • Biodegradabilidad
     • Un material es biodegradable cuando la naturaleza puede descomponerlo, en poco tiempo y de forma natural, en otras sustancias naturales.
   • Toxicidad
     • Un material tóxico es el que produce gran impacto en el medio ambiente, no es biodegradable, puede resultar venenoso para los seres vivos, y contamina el agua, el suelo o la atmósfera. Algunos materiales de construcción tóxicos, por ejemplo, son el cemento, el PVC, y varios tipos de metales pesados, como el zinc de algunas pinturas y los barnices derivados del petróleo, que desprenden elementos volátiles tóxicos como xileno o tolueno. Muchos materiales tóxicos son sin embargo reutilizables o incluso reciclables, pero para su reciclaje desprenden sustancias tóxicas y por tanto no se consideran ecológicos.
   • Reutilizabilidad
     • Un material reutilizable es todo material que puede volver a utilizarse pero para el mismo uso que tenía.
   • Reciclabilidad
     • Un material reciclable es aquél que se puede reciclar para fabricar con él otro material diferente.

8. Magnéticas

   • Magnetismo
     • Es un fenómeno natural por el cual algunos objetos producen fuerza de atracción o repulsión sobre los otros materiales. Hay algunos materiales conocidos que tienen propiedades magnéticas detectables fácilmente como el níquel, hierro, cobalto y sus aleaciones que comúnmente se llaman imanes. Sin embargo, todos los materiales son influidos, de mayor o menor forma, por la presencia de un campo magnético.
   • Diamagnetismo
     • Es una propiedad de los materiales que consiste en repeler los campos magnéticos. Es lo opuesto a los materiales paramagnéticos los cuales son atraídos por los campos magnéticos. Las sustancias son, en su gran mayoría, diamagnéticas, puesto que todos los pares de electrones con espín opuesto contribuyen débilmente al diamagnetismo, y sólo en los casos en los que hay electrones desparejados existe una contribución paramagnética (o más compleja) en sentido contrario.
   • Paramagnetismo
     • Es la tendencia de los momentos magnéticos libres (espín u orbitales) a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si estos momentos magnéticos están fuertemente acoplados entre sí, el fenómeno será ferromagnetismo o ferromagnetismo. Cuando no existe ningún campo magnético externo, estos momentos magnéticos están orientados al azar. En presencia de un campo magnético externo tienden a alinearse paralelamente al campo, pero esta alineación está contrarrestada por la tendencia que tienen los momentos a orientarse aleatoriamente debido al movimiento térmico.