segundo trimestre

SEGUNDO TRIMESTRE MATERIALES Definición: Tener naturaleza real, naturaleza virtual o ser totalmente abstractos. CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES: Podemos clasificar los materiales en dos grupos: materias primas y materiales de uso técnico. A continuación vemos un cuadro en el que se explica cada uno de ellos: MATERIAS PRIMAS Definición Son todos aquellos materiales que podemos encontrar en la naturaleza. Clasificación Materia prima vegetal Árbol, algodón, lino Materia prima animal Lana, seda, piel Materia prima mineral Rocas, arcilla, arena MATERIALES DE USO TÉCNICO Definición Aquellos con los que se puede fabricar directamente un objeto tecnológico Clasificación Material uso técnico orgánico Madera, hilo de coser, ovillo de lana, cuero. Material uso técnico metálico Oro, cobre, acero, bronce, plata. Material uso técnicopétreo o cerámico Lámina de mármol o de pizarra, cemento, vidrio. Material uso técnico sintético Plástico. PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS MATERIALES Las Propiedades químicas de los materiales son unas de las más importantes, pues son las que se manifiestan al interaccionar los materiales con otras sustancias o materiales, dando lugar en ocasiones a importantes transformaciones, llegando incluso a transformarse el material en otro material diferente, lo que se debe a una reacción química. Las reacciones químicas fundamentales que pueden sufrir los materiales son:  El enlace metálico: Es un enlace químico que se da en sustancias en estado sólido, concretamente en materiales metálicos en estado sólido. Un enlace metálico mantiene unidos los átomos de los metales entre sí, los cuales se agrupan en estructuras compactas.  El enlace covalente: Se produce cuando dos átomos o grupos de átomos comparten electrones del último nivel, y la diferencia de electronegatividades entre átomos no es lo bastante grande para que se efectúe una transferencia de electrones. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos, o materiales no metálicos.  El enlace iónico: Es el resultante de una unión de átomos, unidos por atracción electrostática entre los iones de distinto signo, es decir, uno fuertemente electropositivo y otro fuertemente electronegativo. Esta reacción sucede cuando en el enlace uno de los átomos capta electrones del otro. El enlace iónico suele darse entre un compuesto metálico y uno no metálico.  La oxidación: Es la facilidad con la que un material reacciona en contacto con el oxígeno del aire, es decir, se oxida. Cuando el material se oxida en contacto con el agua en lugar de con el aire, se suele decir que se corroe. Propiedades Físicas Las propiedades físicas son aquellas que logran cambiar la materia sin alterar su composición. Por ejemplo, cuando moldeas un trozo de plastilina, sus átomos no se ven alterados de ninguna manera, pero exteriormente cambia su forma. Estas propiedades pueden variar en tres estados distintos como: Estado Sólido, Líquido y Gaseoso. Estado Sólido Se producen cuando los materiales se encuentran a una baja temperatura provocando que sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinas definidas, lo que les permite soportar fuerzas sin deformación. Los sólidos son calificados como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión. Las sustancias en estado sólido tienen las siguientes características: • Forma definida. • Incompresibilidad (no pueden comprimirse) • Resistencia a la fragmentación. • Volumen tenso. Estado Líquido Se produce cuando dicho material adquiere el punto de fusión y su principal característica es la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. El estado líquido presenta las siguientes características: • Fuerza de cohesión menor. • Toma la forma del envase que lo contiene. • En frío se comprime. • Posee fluidez. Estado Gaseoso Se alcanza este punto aumentando la temperatura de dicho material para llegar hasta su ebullición.Los átomos o moléculas del gas se encuentran libres de modo que son capaces de ocupar todo el espacio del recipiente que lo contiene, aunque con mayor propiedad debería decirse que se distribuye o reparte por todo el espacio disponible. El estado gaseoso presenta las siguientes características: • Fuerza de cohesión casi nula. • Sin forma definida. • Toma el volumen del envase que lo contiene. • Se puede comprimir fácilmente. • Ejerce presión sobre las paredes del recipiente que los contienen. • Los gases se mueven con libertad. Identificación de los Materiales En general, los materiales se pueden dividir en grandes grupos: los metales ferrosos, los metales no ferrosos, los materiales cerámicos y para la construcción, los polímeros naturales – madera, cuero, fibras textiles y los polímeros sintéticos. Estos grupos son fácilmente identificables por su apariencia externa: color, acabado superficial, forma, etc. pero esta primera diferenciación es solo general y para saber sus características específicas, es necesario recurrir a una serie de ensayos que se detallan a continuación: Los ensayos de características analizan la composición del material y su estructura interna. Incluyen la determinación de las temperaturas de fusión, de comienzo y fin de solidificación de cada material y la presencia o no de algún componente deseado o indeseado mediante técnicas metalográficas. Con los ensayos de propiedades mecánicas se comprueba, la dureza, la tracción, la resistencia al choque, el desgaste y la fatiga del material. Son ensayos destructivos, porque afectan a los materiales que analizan. El ensayo de resiliencia: se efectúa midiendo la energía que se absorbe al golpear un péndulo sobre una porción calibrada de material al que se le hizo una muesca. Este es un ensayo muy importante con el que se verifica el efecto positivo provocado por los tratamientos térmicos. En el ensayo de resiliencia, la energía consumida en el choque: E =P. 1(cos Β - cos α). El ensayo de desgaste: mide la resistencia al desgaste al hacer girar y friccionar dos rodillos del material que se desea ensayar y medir la pérdida de peso provocada por el trabajo desarrollado. El ensayo de dureza: se realiza mediante la observación de la huella que provoca un elemento calibrado de forma esférica (dureza Brinell) o un elemento puntiagudo (dureza Rockwell) al presionar sobre el material con determinada fuerza. El ensayo de tracción mide la resistencia última y la fluencia, así como la elasticidad y la tenacidad del material. Se realiza midiendo diferentes valores de incremento de la longitud al aplicar una fuerza de determinado valor sobre una porción calibrada del material (probeta). El ensayo de fatiga es mucho más complicado que los antertiores pues se basa en distintas teorías que dan mayor o menor importancia a los diversos factores que influyen en la resistencia a la fatiga (forma geométrica de la pieza, método de conformado, etc..). Los ensayos de conformado son tres: el ensayo de soldabilidad, que informa sobre la posibilidad de soldar un material; el ensayo de estampación, que indica si un material puede aceptar operaciones de punzonado, embutido o cizallado sin que se produzcan grietas en él; el ensayo de forja, que mide si la pieza sufre una deformación anómala al ser trabajada en ciertas condiciones de fuerza y temperatura. Los ensayos de defectos verifican si determinada pieza tiene defectos internos – poros- o superficiales-grietas-. Tanto uno como otro son no destructivos porque las piezas analizadas pueden seguir cumpliendo sus funciones. Los ensayos de defectos internos se basan en señales eléctricas, magnéticas, acústicas, etc., que atraviesan el material de tal modo que, al encontrar un defecto, cambian bruscamente de magnitud. Los ensayos de defectos superficiales consisten en hacer que líquidos coloreados impregnen el material y revelen la existencia de grietas por medio de la observación visual. METALE Los metales son materiales que tienen múltiples aplicaciones. Pero... ¿Qué son los Metales?. Metales se llaman a aquellos materiales que son buenos conductores del calor y la electricidad, poseen alta densidad, tienen una elevada capacidad de reflexión de la luz, y son sólidos en temperaturas normales (excepto el mercurio). Se extraen de los minerales de las rocas. Metales como el oro, la plata y el cobre, fueron utilizados desde la prehistoria, por eso son materiales muy importantes en la Tecnología. Los materiales metálicos cuyo componente principal es el hierro se llaman ferrosos, el resto se llaman no ferrosos. Otro tipo de metales, pero que no son de uso en la industria, serían los llamados metales preciosos. 9 Ejemplo de Materiales Metálicos son el acero, la fundición, el bronce, el latón, etc. Los Materiales Metálicos son metales transformados mediante procesos físicos y/o químicos, que son utilizados para fabricar productos. La gran mayoría de los metales los podemos encontrar en la naturaleza mezclados con otros elementos, es por eso que necesitamos someterlos algún proceso de limpieza antes de su utilización. Algunos de los procedimientos de trabajo más habituales sobre los materiales metálicos son: fundición y moldeo, deformación, corte y mecanizado. Vamos a conocer los tipos de materiales metales más importantes. Es importante que conozcas las propiedades de las que vamos hablar que tiene cada uno de los materiales. Algunas de ellas son las siguientes: Maleabilidad: facilidad de un material para extenderse en láminas o planchas. Ductilidad: propiedad de un material para extenderse formando cables o hilos. Dureza: es la resistencia que opone un material a dejarse rayar por otro. Tenacidad: es la resistencia que ofrece un material a romperse cuando es golpeado. Fragilidad: seria lo contrario a tenaz. Metales Más Importantes y Usados FERROSOS Los principales minerales de los que se extrae el hierro son: - Hematita (mena roja): 70% de hierro - Magnetita (mena negra): 72.4% de hierro - Siderita (mena café pobre): 48.3% de hierro - Limonita (mena café): 60-65% de hierro La mena café es la mejor para la producción de hierro. En todo el mundo se pueden encontrar grandes cantidades de pirita, pero no es utilizable por su gran contenido de azufre. El hierro por sí solo no se suele utilizar como material, es por eso que se le añade carbono para darle mayor dureza y mejorar sus propiedades. El hierro puede aceptar determinadas cantidades de carbón diluidas (carbono), estas cantidades nunca son superiores al 4%. En los casos en los que se rebasa el 4% de carbono el hierro es de muy baja calidad. METALES FERROSOS MÁS UTILIZADOS: Acero: es una aleación de hierro y carbono donde la cantidad de carbono no supera el 2% de la cantidad en la aleación. Es un material dúctil, tenaz, maleable, se puede soldar fácilmente, conductor térmico y eléctrico. Su mayor problema es que se corroe y oxida fácilmente, por eso se le suelo añadir una capa protectora de cromo y/o níquel. Por ejemplo un acero 18/10 es un acero con 18% de Cromo y el 10% de níquel. Usos: tiene multitud de usos como cuberterías y utensilios de cocina, vigas, puentes, tirantes, chasis y carrocerías de coches, piezas de unión, herramientas, etc. Fundición: es una aleación de hierro y carbono con un porcentaje en carbono superior al 2% del total de la aleación, pero sin superar el 4%. Es un material muy duro, con gran resistencia al desgaste, de color gris oscuro, resistente a la corrosión. Los principales problemas de la fundición es que no es ni dúctil ni maleable y no se puede soldar, solo se les puede dar forma fundiendo el material en un molde y luego dejándolo enfriar. La ventaja frente al acero es que es más barato. Usos: carcasas de motores y maquinaria, tapaderas de alcantarillado, farolas, patas de las mesas, etc. El Hierro Forjado: también llamado hierro dulce, es hierro con un porcentaje muy bajo en carbono (entre el 0,05% y el 0,025%) siendo una de las variedades de uso comercial con más pureza en hierro. Es un material poco tenaz y puede soldarse mediante forja (dar forma al metal mediante fuego y el martillo, como los herreros). Es duro, maleable y fácilmente aleable con otros metales, sin embargo es un material relativamente frágil. Usos: se utiliza en la construcción de grandes estructuras como puentes, para fabricar rejas, puertas, cerraduras y pestillos. NO FERROSOS El aluminio: se extrae únicamente del mineral conocido con el nombre de bauxita. Es un mineral muy abundante en la naturaleza, de color blanco plateado. Presenta una alta resistencia a la corrosión, es muy blando, muy maleable, dúctil, soldable y tiene baja densidad. También es conductor eléctrico y térmico. Usos: cables de líneas eléctricas de alta tensión, fabricación de aviones, automóviles y bicicletas debido a su baja densidad (peso). También se emplea en carpintería metálica para fabricar puertas y ventanas, en útiles de cocina y botes de bebidas. El Cobre: se obtiene a partir de los minerales cuprita, calcopirita y malaquita. Es de color rojizo y brillo intenso, maleable, dúctil, blando y se oxida fácilmente. A partir de cobre se pueden obtener varias aleaciones, las más conocidas son el latón (cobre y zinc) y el bronce (cobre y estaño). Usos: cables eléctricos, hilos de telefonía, bobinas de motores, tuberías, calderas, radiadores y también para aplicaciones decorativas, bisutería y artesanía. El Plomo: se obtiene de la galena y es de color gris plateado, blando y pesado (muy denso). Tiene gran plasticidad, es maleable, dúctil, conductor del calor y tóxico por inhalación. Posee la propiedad de poder ser forjado y martilleado cuando está muy caliente (al rojo vivo) y que se enfría muy rápidamente. Usos: se utiliza en la fabricación de baterías y acumuladores y forma parte de algunas gasolinas. En la industria del vidrio se utiliza para dar dureza al vídreo y también se utiliza para la fabricación de armas. El Níquel: el mineral más usado para la extracción del níquel es la niquelita aunque aparece en algunos meteoritos. El níquel es de color blanco plateado, duro, maleable y dúctil. Usos: se emplea como protector y revestimiento ornamental de otros metales, en especial de aquellos que se corroen como el hierro y el acero. El cuproníquel (cobre y níquel) se utiliza para la fabricación de las monedas. OTROS MATERIALES COLTAN Vamos a explicar qué es el coltan, las propiedades que lo hacen sumamente valioso, donde se encuentra, los usos que tiene sobre todo en electrónica y sobre la famosa guerra del coltan. Hoy en día al coltán también se le conoce ‘oro azul’, ‘nuevo mana’ o ‘petróleo de barro’, veamos porqué. Coltán Realmente o químicamente el coltán no es un mineral, sino un término, alias o abreviatura comercial usada originalmente en África, para nombrar una serie de minerales que, en alta concentración, tienen los elementos tantalio (Ta) y niobio (Nb). Estos dos minerales se encuentran sobre todo en unos compuestos llamados Columbita y Tantalita, que precisamente son los compuesto que forman el llamado coltán. De hecho la palabra coltan procede de las abreviaturas de estos dos compuestos Col y Tan (columbita y tantalita). Químicamente al coltán se le puede llamar columbotantalita. Coltan = columbita + tantalita Coltan Propiedades Más que hablar de las propiedades del coltan hay que hablar de las propiedades que tienen sus componentes. La tantalita es un mineral compuesto por óxidos de tantalio, hierro y manganeso, la columbita es oxidos de hierro, niobio y manganeso. y es menos densa que la tantalita. El interés de la explotación del coltán es fundamentalmente poder extraer el tantalio de la tantalita. El tantalio se obtiene del procesamiento y refinación de la tantalita. En este procesamiento hay que eliminar el hierro, el manganeso y otras impurezas de la tantalita para quedarnos con el óxido de tantalio. El tantalio, que es sólido en su forma natural, tiene una elevada dureza, es dúctil, muy resistente a la corrosión y es muy buen conductor de la electricidad (superconductor). Es un metal de los llamados refractarios, ya que tiene un alto punto de ebullición y fisión, o lo que es lo mismo, soporta unas temperaturas muy elevadas, por lo que es muy resistentes al calor (el doble que el hierro). El niobio tiene propiedades parecidas. Con todas estas propiedades ya te darás cuenta que podría tener muchas aplicaciones, pero la clave no está en ninguna de estas propiedades, la clave está en que el tantalio metálico en combinación con óxido de tantalio, tiene la excelente propiedad de almacenar carga eléctrica temporal y liberarla cuando se necesita. Si, ¿Te has dado cuenta? Eso es lo que hacen los condensadores eléctricos. Resumiendo las propiedades del coltan son que es un mineral capaz de soportar altas temperaturas, gran capacidad para almacenar cargas eléctricas, alta resistencia a la corrosión y al desgaste y un 80% mejor conductor que el cobre. Usos del coltan La pregunta es ¿Para Qué Sirve el Coltan?. Bueno más bien el tantalio extraído del coltan es lo que tiene una gran utilidad, aunque también el niobio como veremos más adelante. Como explicamos anteriormente el tantalio se utiliza para hacer condensadores, pero claro, también hay otros minerales que podrían servir para construir condensadores, como por ejemplo los más habituales hasta ahora que eran de aluminio. ¿Cual es la diferencia? La diferencia es que con los condensadores de tantalio podemos conseguir una mayor capacidad (cualidad de almacenar carga eléctrica de un condensador) y además con un menor tamaño y mucho más delgados. Como hoy en día los aparatos electrónicos, tales como los teléfonos móviles, lo que interesa es que sean lo más pequeños posibles, los condensadores que llevan en su interior, que son bastantes, serán todos fabricados con tantalio procedente del coltan. Pero no solo interesa la miniaturización en los teléfonos móviles, sino en casi todos los aparatos como elementos de informática, consolas de video juegos, iPods, microprocesadores, satélites, GPS, cámaras digitales, relojes, rectificadores de circuitos de bajo voltaje, etc. Todos estos aparatos también suelen llevar en su interior condensadores de tantalio. Para que te hagas una idea, un teléfono móvil que ahora pesa unos 100 gramos, si no fuera por los condensadores de tantalio pesaría aproximadamente 1 Kilogramo, entre 10 y 20 veces más. Además, el tantalio al ser ultra refractario y tener alta resistencia a la corrosión y a la alteración en general, es utilizado para aleaciones empleadas en turbinas de aeronaves y reactores nucleares y, por su superconductividad, en trenes magnéticos. También se fabrican con él, matrices para extrusión, moldes para fundición, punzones para perforar, tazas y recipientes refractarios, equipo para electroplateado y herramientas de corte, como carburo de tantalio de altísima dureza. Por su parte, el niobio tiene menos aplicaciones electrónicas que el tantalio y su mayor uso es en forma de Ferro- Niobio como aleante para aceros, y como carburo de niobio en aceros para herramientas de mecanizado de alta velocidad. Debido a las excelentes propiedades que tienen tanto el tantalio como el niobio, podríamos resumir diciendo que se utilizan en la fabricación de componentes de alta tecnología y en aleaciones metalúrgicas supe resistentes. ¿Donde Hay Coltán? El coltan se extrae en diversas partes del mundo, siendo Australia el principal productor mundial, también lo explotan Brasil, Nigeria, China, Tailandia y los países escandinavos (donde se descubrió originalmente), pero investigaciones recientes calculan que la mayor parte de las reservas globales potenciales de tantalita se sitúan en África, y de ellas, el 80 % se encuentran en el territorio de la República Democrática del Congo. Es por eso que en los últimos años, todas las grandes multinacionales como Intel, Sony, Siemens, Ericsson, Nokia, Hitachi y muchas otras compran el coltán en el Congo. Precisamente el problema del coltan y las muertes causadas por dominar el territorio de las minas de coltán viene del coltan del Congo. Precio del Coltan El precio del coltan puede llegar incluso a los 500 dólares el Kilogramo, aunque al trabajador congoleño se le suele pagar unos 50 dólares a la semana si extrae 1Kg al día, pero ojo, un trabajador normal en el Congo gana unos 10 dólares al mes, lo que hace que muchos trabajadores abandonen sus trabajos para trabajar en las minas del coltan del Congo. Guerra del Coltan Últimamente se habla mucho de la guerra del coltan en el Congo. Realmente no es una guerra, mas bien es un conflicto provocado por las antiguas guerrillas de la guerra en el Congo (1998 hasta el 2003) para hacerse con el dominio de las minas de coltan en ese país y del que obtenían dinero para la compra de armas. Lógicamente todo esto surge por la gran necesidad de abastecimiento de coltan en los países desarrollados. Se cree que miles de personas fueron obligadas a trabajar en las minas de Coltán por los combatientes durante la guerra, bajo amenaza de muerte y con unas condiciones inhumanas. Aunque ahora el País ya no está en guerra, el coltan sigue siendo un elemento estratégico fundamental para la zona y con un gran valor económico, por lo que continúa la explotación ilegal de muchas minas y la situación no ha mejorado demasiado. Ahora, después de la guerra, empresarios y jefes militares bien posicionados políticamente, atesoran licencias de explotación y se apoyan en milicias privadas, antiguos combatientes, para hacer valer sus derechos. Estas milicias son las encargadas de controlar las minas. Mientras las milicias se benefician, algunas multinacionales se enriquecen. La venta legal y normalizada de estas reservas congoleñas de coltan suponen solo el 1% del mercado ‘legal’. Esto significa que gran parte del resto sale del Congo de manera incontrolada por las mafias y conexiones internacionales ocultas. Mientras el Congo sigue figurando como una de las naciones más pobres del mundo —ocupa el puesto 155 en un ranking de 173 países realizado por la ONU—, en torno a los yacimientos existe un complejo entramado empresarial convenientemente diseñado para el reparto del botín. Principalmente en las minas de Katanga y los Kivus, por menos de un dólar al día, casi desnudos y a menudo malnutridos, menores alimentan el mercado mundial de coltán y otros minerales. Cada día bajan a las minas los mineros forzados, muchos niños, sin instrucción, sin casco, sin plan de trabajo, equipados con instrumentos de siglos pasados y sin ninguna medida de protección, para encontrar el tesoro. Sus manos extraen los minerales, normalmente mezclados con otros minerales radioactivos y que son altamente cancerígenos. Pero aún así, la mina se convierte para muchos en la única forma de vida, y la necesidad y el hambre generan nuevos mineros. Con todo este panorama, el Centro de Estudio Internacional del Tántalo-Niobio, en Bélgica, ha recomendado a los compradores internacionales que eviten el coltan de la región del Congo por motivos éticos. El 29 de noviembre de 2010 el Consejo de Seguridad aprobó la resolución 1952 que insta a sus miembros a exigir que se certifique el origen del coltán que adquieran, como lo hace la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (OCDE). El Congreso de Estados Unidos aprobó una ley al respecto y tiene otra en camino. Esto ha generado que el suministro de tantalio proveniente de “países no conflictivos” sea escaso y la demanda en Occidente es tan fuerte que no pueda ser satisfecha. ¿Hay Alternativas al Coltan? Además de todos estos problemas hay que sumarle que en el Congo se ha erradicado el 90% de la población de gorilas de la zona, y se ha mermado gravemente la población de elefantes a consecuencia de la caza indiscriminada y la deforestación de sus hábitats naturales para obtener este preciado mineral. Parece que la única solución a todo esto sea la Reutilización de nuestros aparatos electrónicos, mediante el aprovechamiento de las partes de todos los componentes electrónicos que ya no usamos y la gran esperanza que hay con el llamado polímero de aluminio. Es una alternativa más fiable y con mejores características que el tantalio. Los condensadores de polímero de aluminio son más caros, pero lo que puedes hacer con cuatro condensadores de tántalo lo haces con uno solo de polímero.