Quimica.

La expresión materias primas presenta dos enfoques distintos, por un lado se puede considerar que abarca las substancias 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 lado 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, dejando constancia que no son las únicas.

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 metales son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio (que se funde a -38,87 °C), el galio (que se funde a 29,75 °C) y el cesio (que se funde a 28,5 °C). Los átomos de los metales se unen por enlaces que permiten electrones libres, lo que explica su conductividad eléctrica y térmica. Los mejores conductores de la electricidad son, en orden decreciente: la plata, el cobre, el oro y el aluminio. Muchos metales se oxidan (corroen) fácilmente; algunos, como el cromo, el oro, el tántalo y el vanadio, son más resistentes a la corrosión.

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 fudición. 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 aquéllos cuyo peso específico es inferior a 5 kg/dm3 (aluminio, magnesio, titanio, berilio, litio, bario, sodio, potasio, calcio, estroncio, rubidio, cesio, radio, etc.). Los metales pesados son aquéllos cuyo peso específico supera los 5 kg/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 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, pero este término es anticuado. 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 tienen 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, teluro, antimonio, polonio, etc., todos los cuales son sólidos que poseen, en cierto grado, propiedades semiconductoras, al respecto merece destacarse el germanio y el silicio.

Recordamos 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 oíros. Entre los mismos podemos mencionar: la madera, la celulosa, el algodón, el cáñamo, la goma, etc.

MATERIALES DE ORIGEN ANIMAL

Estos materiales que, como su nombre lo indica, son de origen animal, 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 vidrios), 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 fundamenta 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.

Metales

Sin lugar a dudas los metales (ver párrafo anterior sobre el tema) son los materiales más vinculados a las construcciones mecánicas y pueden dividirse en dos grupos: ferrosos y no ferrosos.

METALES FERROSOS

Los metales ferrosos se basan en el hierro. Podemos decir que más del 90% de los materiales metálicos que utiliza el hombre son aleaciones ferrosas, las que incluyen los aceros, que tienen entre el 0,03 al 2% de su peso de carbono (C), y los hierros fundidos con 2,0 a 4,5% de su peso de C.

El acero es el más importante dentro del grupo de metales ferrosos debido, entre otras cosas, a su buena resistencia mecánica, a su relativo bajo costo entre los metales y a su facilidad de procesado en los procesos de manufactura. Con el agregado de cromo se obtienen aceros inoxidables resistentes a la corrosión. Las adiciones de tungsteno producen aceros muy duros usados en la fabricación de herramientas.

METALES NO FERROSOS

Los metales no ferrosos comprenden los otros elementos no metálicos y sus aleaciones. Las aleaciones son más importantes que los metales puros. Las aleaciones no ferrosas abarcan un amplio campo en el que podemos nombrar: las aleaciones de aluminio, magnesio y titanio, que tienen un amplio uso como materiales estructurales ligeros. Las aleaciones de aluminio se caracterizan por su baja densidad y su resistencia a la corrosión; las aleaciones de magnesio, si bien más caras, tienen densidades más bajas que las de aluminio y se emplean en estructuras aerospaciales; las aleaciones de titanio también se caracterizan por su alta resistencia. Las aleaciones de cobre tienen excelente conductividad tanto térmica como eléctrica, lo que señala su uso en electricidad, como en radiadores e intercambiadores

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