Explorando el Mundo de los Materiales: Desde el Origen del Universo hasta la Extracción

1. De la Materia a los Materiales

En el origen del universo se encuentra el origen de todas las cosas que nos rodean. El universo está entero hecho de apenas unos 90 elementos diferentes.

1.1. Una Manera de Organizar la Materia: La Tabla Periódica de los Elementos

El conocimiento de las propiedades de los elementos nos permite conseguir el material adecuado para cada propósito. Dimitri Mendeleiev publicó y ordenó en 1869 los elementos conocidos.

1.2. ¿Cómo se Han Formado los Elementos Químicos?

En la naturaleza existen 90 elementos químicos. ¿Dónde se han formado los elementos de la tabla periódica?

• En los primeros instantes de vida del universo: Se formaron el hidrógeno y el helio, también se formaron pequeñas cantidades de litio.
• En el interior de las estrellas: El hidrógeno y el helio se van transformando en otros elementos por fusión nuclear.
• En las explosiones de supernovas: Se forman elementos más pesados que el hierro, como los átomos de oro o de plata.
• En el laboratorio: Los elementos más pesados que el uranio son elementos artificiales creados en el laboratorio, en reacciones nucleares.

1.3. La Complejidad de su Estructura

• Elementos químicos: Son los ladrillos con los que está compuesta toda la materia. Se conocen 118, 90 se encuentran en la naturaleza y el resto son artificiales o sintéticos.
• Compuestos químicos: Un compuesto químico es una sustancia que no puede separarse en sus componentes por procedimientos físicos.
• Mezclas de materiales. Aleaciones: Las aleaciones son mezclas realizadas artificialmente con dos o más elementos o compuestos químicos. Se elaboran para mejorar algunas de las propiedades físicas de los componentes con el objetivo de formar una sustancia nueva adecuada a determinadas funciones.
• Composites: Se refiere a materiales compuestos por dos o más materiales que tienen propiedades químicas o físicas muy diferentes, y que juntos forman una sustancia con unas propiedades a su vez diferentes a las de sus componentes por separado.

2. ¿De Dónde Obtenemos los Materiales?

Según el origen podemos clasificarlos en:

• Materiales naturales: Obtenidos de la naturaleza.
• Materiales transformados: Se obtienen transformando algún material natural o mezclando varios.
• Materiales artificiales: Se obtienen como producto de procesos químicos o físicos.
• Materiales reciclados: Obtenidos a partir de objetos del mismo material.

2.1. La Vulcanización y los Neumáticos

El principal componente de los neumáticos es el látex. El descubrimiento de Goodyear consistió en mezclar azufre con la goma látex. El azufre hace de enlace químico entre las hebras de goma, dándole la consistencia y la flexibilidad que asociamos a los neumáticos. (Vulcanización).

3. La Materia Prima

3.1. La Búsqueda de las Materias Primas

Con la aparición de las nuevas tecnologías, la obtención de materias primas se realiza con mayor facilidad que en otros tiempos; el problema sigue siendo el mismo: el acceso a los lugares donde se encuentran. Mientras el ser humano utilizaba unos pocos materiales para la construcción de su mundo, este problema estaba minimizado. Pero hoy en día, con el proceso tecnológico, las cantidades de materia necesarias son tan grandes que exceden las posibilidades de extracción de algunas zonas del planeta. Son problemas políticos, sociales y ambientales que llegan a cuestionar el propio progreso.

3.2. Los Materiales No Están en Estado Puro en la Naturaleza

La mayoría de los materiales se obtienen en la naturaleza de los minerales. Un mineral es una sustancia natural sólida de composición química definida. En su composición hay siempre, al menos, un metal y un no metal. Un mineral que contiene cantidades suficientes de metal con interés económico se llama mena. Los minerales son un recurso limitado, no renovable. En la actualidad, muchos metales como el aluminio, el cobre y el plomo, etc., se obtienen reciclando y refinando objetos que contienen estos materiales. Para que el material tenga interés económico, el coste de obtención del metal debe ser significativamente más bajo que el precio que el metal tiene en el mercado.

3.3. Sistemas de Extracción de los Metales

Los metales se obtienen a partir de las menas correspondientes utilizando básicamente dos procesos industriales: el calor o la electricidad, pero en ambos procesos se realiza a través de una reacción química denominada reducción, en la que se obtiene un metal puro separándose del compuesto. El oro y el platino son metales nativos, es decir, que se encuentran puros, sin formar compuestos, en la naturaleza, por lo que no necesitan ser sometidos al proceso de reducción.

A) Electrolisis

La electrolisis es un proceso de descomposición de un compuesto químico a través de la electricidad. La electrolisis es el proceso más común de la extracción de metales, especialmente para los elementos situados a continuación del carbono en la tabla periódica: potasio, sodio, litio, calcio, magnesio y aluminio.