PROPIEDADES DE LAS MATERIALES CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES DONALD R. ASKELAND

PROPIEDADES DE LAS MATERIALES.

Estructura, arreglo y movimientos de los átomos.

• INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES.

Los ingenieros en la actualidad pues los utilizar en la elaboración, diseño de distintos componentes y elementos Para deben analizar todo lo que es el material y buscar cuales son las fallas que contienen. Deben considerarse distintos puntos en la selección de los materiales para algún diseño, distintos elementos o características como una de ellas es el evitar causar problemas ecológicos y todo esto nos ayudara a llegar a la conclusión si es de podría ser de utilidad.

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 TIPOS DE MATERIALES

Para empezar debemos saber que los materiales se clasifican en cinco grupos:

Metales, cerámicos, polímeros, semiconductores y materiales compuestos. Y como es lógico cada grupo tiene distintas características o propiedades. Los metales una de sus principales características es su alta conductividad eléctrica una buena formalidad. Por ejemplo:

 Es utilizado en el alambre conductor eléctrico como lo es el tan conocido cobre.

Los cerámicos sus característica principal es un aislante térmico y convierten el sonido en electricidad también inertes ante el metal fundido. Se incluyen materiales como el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios. Ejemplo:

 Su utilización para vidrio para ventana y refractarias para contener metal fundido.

Los polímeros sus principales características Son aislantes, fuertes y muy resistentes a la humedad. Aquí se incluyen todos los plásticos, el hule y muchos tipos de adhesivos. Por el ejemplo:

 El empacado de alimentos con el polietileno como también los adhesivos para unir capas de madera laminada a base de los fenólicos.

Los semiconductores su principal característica es su comportamiento eléctrico como es el convertir las señales eléctricas en luz. Por ejemplo:

 Los transistores y circuitos integrados como lo es la utilización del silicio., el germanio y gases.

Compuestos su principal característica será la relación elevada resistencia-peso también tiene una alta dureza y gran resistencia contra los impactos, Tienen bajo costo. Por ejemplo:

 Componentes para aeronaves y recipientes para reactores. La utilización del grafito en matriz epoxica y el acero recubierto de titanio.

Todos estos materiales nos sirven para realizar distintas cosas que utilizamos en nuestra vida cotidiana por eso es de suma importancia conocer muy bien los tipos de materiales y cuáles son los mejores para determinadas cosas y además que tengan una gran utilidad.

También los materiales se pueden clasificar en base a su función como lo es la mecánica, la biológica, la eléctrica, magnética u óptica. Podemos ver ejemplos de cada categoría y estas se pueden obtener otras subcategorías.

 Aeroespaciales a través de los hermanos Wright que usaron materiales ligeros como madera y una aleación de aluminio que ayudo a reforzar accidentalmente su motor. En la actualidad el transbordador espacial de la nasa usa polvo de aluminio en los cohetes de respaldo.

 Biomédicos dice que nuestros huesos y también dientes están formados, parte, de una cerámica natural llamada hidroxiapatita.

 Materiales electrónicos utilizados mucho en la tecnología de la computación.

 Tecnología energética y tecnología ambiental bueno esto principalmente en la industria pues usan materiales como dióxido de uranio y plutonio como combustible.

 Materiales magnéticos utilizados mucho en las computadoras para sus discos duros y las cintas de videocaseteras.

 Materiales fotonicos u ópticos se usa mucho la sílice para fabricar fibras ópticas esto es muy utilizado en todo el mundo.

 Materiales inteligentes dice que un sistema basado en un material inteligente consiste en sensores y actuadores que detectas cambios e inician una acción.

 Materiales estructurales son utilizados para soportar alguna cantidad de esfuerzo. (pág.5) (Donald r. Askeland)

• Clasificación de los materiales con base en su estructura

Esto se refiere al arreglo atómico de un material y toda su forma en que está compuesto.

 Efectos ambientales y de otra índole. El ambiente en que se encuentre el material también influye como puede todos sabemos que la temperatura dilata los cuerpos y esto puede afectar o provocar una falla inesperada.

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Hay otros factores otras causas como por ejemplo:

Corrosión

Fatiga

Rapidez de deformación

 Diseño y selección de materiales Dentro del todo esto influyen muchos factores como ya los hemos mencionado y es por eso que el ingeniero debe tener un alto nivel de conocimientos dentro de este tema para seleccionar el material que cumple todas las necesidades.(pág.17) (Donald r. Askeland)

 ESTRUCTURA ATÓMICA

Existes varias áreas dentro de la tecnología ejemplo: la tecnología de la energía, del ambiente etc. en la tecnología se requiere el mejoramiento constante a través de lo que hacer dispositivos cada mejores y más baratos es decir de buena calidad y barato. Todo esto es muy ha sido algo de mucho interés en la nanotecnología.

LA ESTRUCTURA DEL ÁTOMO

Dice que el átomo está formado por un núcleo rodeado por electrones. El núcleo contiene neutrones y protones, estos últimos con carga positiva y tienen una carga neta positiva. Los electrones tienen carga negativa y se mantienen cerca del núcleo por atracción electrostática. La carga eléctrica que lleva cada electrón y el protón 1.60x10-6 coulomb (c). Como las cantidades de electrones y protones en un núcleo son iguales, el átomo como un todo es eléctricamente neutro. El número atómico de un elemento es igual a la cantidad de electrones o protones en cada átomo, así, un átomo de hierro, que contiene 26 electrones y 26 protones, tiene número atómico 26 La mayor parte de la masa del átomo está contenida en el núcleo. La masa de cada protón y cada neutrón es 1.67x10-24g.pero la masa de cada electrón solo es de 9.11x10-28g. La masa atómica M, que es igual a la cantidad promedio de protones y neutrones en un átomo, también es la masa, en gramos del número de Avogadro N A de átomos. La cantidad N A = 6.02X1023 ATOMOS/MOL es la cantidad de átomos o moléculas en un mol.

LA ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DEL ÁTOMO

Los electrones ocupan niveles de energía discretos del átomo. Cada electrón posee determinada energía, y no puede haber más de dos electrones en cada átomo que tengan las misma energía. Eso también que haya una diferencia discreta de energía entre dos niveles de energía cualquiera.

Los números cuánticos el nivel de energía que tiene cada electrón se dice que los números cuánticos asignan electrones en niveles discretos de energía en un átomo. El número cuántico principal n, el número cuántico azimutal l, el número cuántico magnético m2 y el número cuántico espín o de giro m, Los números cuánticos azimutales describen los niveles de energía en cada capa cuántica. El número cuántico de giro o espín (m2) tiene los valores asignados +1/2 y -1/2, y refleja distintos giros del electrón. La cantidad posible de niveles de energía se determina con los tres primeros números cuánticos.

LA TABLA PERIÓDICA

Como todos sabemos la tabla periódica contiene mucha información de los elementos químicos los cuales nos pueden ayudar a identificar tendencias en tamaño de los átomos, puntos de fusión, reactividad química y otras propiedades. Esta se forma de acuerdo con la estructura electrónica de los elementos. Como lo hemos dicho la tabla periódica muestra información útil acerca de fórmulas, números atómicos y masas atómicas de los elementos. También ayuda a pronosticar o a racionalizar las tendencias en las propiedades de los elementos y los compuestos. Es la causa de la gran utilidad que tiene la tabla periódica para los científicos y los ingenieros.

ENLAZAMIENTO ATÓMICO

Dice que existen 4 mecanismos con los cuales los átomos se enlazan, o unen en los materiales. Son:

1.-El enlace metálico.

2.-El enlace covalente.

3.-El enlace iónico.

4.-El enlace de van der Waals.

El enlace metálico estos elementos metálicos tienen átomos más electropositivos, los cuales les donan o ceden sus electrones de valencia para formar un "mar o nube" de electrones que rodea a esos átomos un ejemplo de esto el aluminio cede sus tres electrones de valencia y queda un centro formado por el núcleo y los electrones internos.

El enlace covalente se caracterizan porque los enlaces se forman compartiendo los electrones de valencia entre dos o más átomos un ejemplo de esto es un átomo de silicio, que tiene valencia cuatro, llena su externa con ocho electrones, compartiendo los propios con otros cuatro de átomos cercanos de silicio.

El enlace iónico Dice que si en un material está presente más de una clase de átomos, unos pueden donar sus electrones de valencia a otros distintos, para llenar la capa externa de energía de la segunda clase de átomos.

Enlace de van der Waals todo esto de las fuerzas de van der Waals entre átomos y moléculas es de naturaleza mecánica cuántica, dice que si dos cargas eléctricas +q y -q están separadas de una distancia d, el momento dipolar se define como q x d.

ENERGÍA DE ENLACE Y DISTANCIA INTERATÓMICA

Esta distancia interatómica es la distancia de equilibrio

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