Materiales y Enlaces: Propiedades y Clasificaciones

Materiales de Construcción

Cemento Portland

El cemento Portland es un conglomerante o cemento hidráulico que, al mezclarse con áridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas, conforma una masa pétrea resistente y duradera denominada hormigón. Es el más usual en la construcción, utilizándose como aglomerante para la preparación del hormigón o concreto.

Las materias primas para la producción del cemento Portland son minerales que contienen:

• Óxido de calcio (44%)
• Óxido de silicio (14,5%)
• Óxido de aluminio (3,5%)
• Óxido de hierro (3%)
• Óxido de manganeso (1,6%)

Abrasivos

Un abrasivo es una sustancia de elevada dureza que se emplea para actuar sobre otros materiales con diferentes tipos de esfuerzo mecánico (triturado, molienda, corte, pulido). Se utiliza en todo tipo de procesos industriales y artesanales.

Porcelana

La porcelana es un producto cerámico tradicionalmente blanco, compacto, duro y translúcido. Desarrollado por los chinos en el siglo VII u VIII, fue históricamente muy apreciado en Occidente. Pasó un largo tiempo antes de que su modo de elaboración fuera reinventado en Europa.

La porcelana se obtiene a partir de una pasta muy elaborada compuesta por caolín, feldespato y cuarzo. El proceso de cocción se realiza en dos etapas: la primera corresponde a la obtención del bizcocho (850-900 °C) y la segunda al vidriado (a temperaturas que varían según el producto entre 1175 y 1450 °C). La porcelana se suele decorar en una tercera cocción (tercer fuego) con pigmentos obtenidos a partir de óxidos metálicos calcinados.

Arcilla Refractaria

La arcilla refractaria es un tipo de arcilla resistente a elevadas temperaturas gracias a un determinado contenido de óxidos metálicos. Se emplea en la fabricación de ladrillos especiales para resistir altas temperaturas, como en chimeneas.

Vitrocerámica

La vitrocerámica es una cerámica que tiene las propiedades del vidrio y es muy resistente a las altas temperaturas y a los cambios bruscos.

Transición Electrónica

Sabemos que los electrones se encuentran alrededor del núcleo atómico en órbitas. Cada órbita corresponde a un determinado nivel de energía. Cuando un átomo es excitado, algunos de sus electrones absorben un fotón y se mueven a un nivel más energético.

Al suspender dicha excitación, el átomo vuelve a su estado de equilibrio original y los electrones que se reacomodan liberan el fotón antes absorbido. La longitud de onda del fotón dependerá de cuántos niveles de energía tuvo que moverse el electrón que lo liberó.

Atracciones Dipolo-Dipolo

Una atracción dipolo-dipolo es una interacción no covalente entre dos moléculas polares o dos grupos polares de la misma molécula si ésta es grande. Las moléculas que son dipolos se atraen entre sí cuando la región positiva de una está cerca de la región negativa de la otra. Las atracciones dipolo-dipolo, también conocidas como Keesom (por Willem Hendrik Keesom, quien produjo su primera descripción matemática en 1921), son las fuerzas que ocurren entre dos moléculas con dipolos permanentes. Estas funcionan de forma similar a las interacciones iónicas, pero son más débiles debido a que poseen solamente cargas parciales.

La interacción dipolo-dipolo consiste en la atracción electrostática entre el extremo positivo de una molécula polar y el negativo de otra. El enlace de hidrógeno es un tipo especial de interacción.

Fuerzas de Dispersión de London

Las fuerzas de dispersión de London son un tipo de fuerza intermolecular, denominadas así por el físico alemán Fritz London, quien las investigó. Surgen entre moléculas no polares, en las que pueden aparecer dipolos instantáneos. Son más intensas cuanto mayor es la molécula, ya que los dipolos se pueden producir con más facilidad.

Redes de Bravais

Sistema cristalino	Redes de Bravais
triclínico	P
monoclínico	P	C
ortorrómbico	P	C	I	F
tetragonal	P	I
romboédrico (trigonal)	P
hexagonal	P
cúbico	P	I	F

Las redes de Bravais son una disposición infinita de puntos discretos cuya estructura es invariante bajo cierto grupo de traslaciones. En la mayoría de casos también se da una invariancia bajo rotaciones o simetría rotacional. Estas propiedades hacen que desde todos los nodos de una red de Bravais se tenga la misma perspectiva de la red. Se dice entonces que los puntos de una red de Bravais son equivalentes.

Mediante la teoría de grupos se ha demostrado que sólo existe una única red de Bravais unidimensional, 5 redes bidimensionales y 14 modelos distintos de redes tridimensionales.

Las constantes reticulares y la mínima simetría que caracteriza a cada grupo de redes o sistema cristalino es la siguiente:

Sistema triclínico (a≠b≠c a≠β≠γ≠90°)

No posee ninguna simetría mínima.

Sistema monoclínico (a≠b≠c α=γ=90°≠β>90°)

Presenta como simetría mínima un eje de rotación binario o un eje de inversión binario (=plano de simetría).

Sistema rómbico (a≠b≠c α=β=γ=90°)

Como mínimo posee tres ejes binarios perpendiculares entre sí.

Sistema tetragonal (a=b≠c α=β=γ=90°)

Posee como característica fundamental un eje de rotación cuaternario o un eje de inversión cuaternario.

Sistema hexagonal (a=b≠c α=β=90°, γ=120°)

Su característica fundamental es la presencia de un eje de rotación senario o un eje de inversión senario (eje ternario + plano de simetría perpendicular).

Sistema romboédrico o trigonal (a=b=c α=β=γ≠90°)

Su característica común es la presencia de un eje de rotación ternario o un eje de inversión ternario (eje ternario + centro de simetría).

Sistema cúbico (a=b=c α=β=γ=90°)

Posee como característica fundamental cuatro ejes de rotación ternarios inclinados a 109,47°.

Tipos de Enlace

Enlace Iónico

El enlace iónico es el resultado de la transferencia de electrones de un átomo a otro. Se forma entre un átomo electropositivo y uno electronegativo. El átomo electropositivo cede sus electrones y el átomo electronegativo los acepta. Como resultado de este proceso se forman iones positivos (con valencia +n1) y negativos (con valencia -n2) con configuraciones de capa cerrada. En estas condiciones, los iones con cargas +n1 y -n2 experimentan atracción mutua. La fuerza de repulsión se manifiesta cuando las configuraciones electrónicas de capa cerrada iónica comienzan a traslaparse.

Enlace Covalente

El enlace iónico no es direccional, a diferencia del enlace covalente, que es de naturaleza altamente direccional. El nombre "covalente" se deriva de la distribución compartida y cooperativa de electrones de valencia entre dos átomos adyacentes. Una particularidad importante de estos enlaces es que se pueden formar entre átomos del mismo tipo, entre los cuales puede haber muy poca o ninguna formación de enlaces iónicos. El enlace covalente se forma entre átomos con pequeñas diferencias de electronegatividad y ubicados muy próximos en la tabla periódica. Generalmente se comparten sus electrones externos s y p con otros átomos, de modo que alcanza la configuración electrónica de gas noble. En un enlace covalente sencillo, cada uno de los dos átomos contribuye con un electrón a la formación del par de electrones del enlace, y las energías de los dos átomos asociadas con el enlace covalente son menores (más estables) como consecuencia de la interacción de los electrones.

Enlace Metálico

Un tercer tipo de enlace atómico es el enlace metálico, que se presenta en los metales sólidos. En metales en estado sólido, los átomos se encuentran empaquetados relativamente muy juntos en una ordenación sistemática o estructura cristalina.

Enlace Secundario o de van der Waals

La principal causa de cohesión dentro de determinado material técnico es uno o varios de los tres enlazamientos descritos anteriormente. El enlace de van der Waals es una fuerza débil de atracción que puede existir entre los átomos y las moléculas. A este enlace se debe la condensación de los gases nobles y de las moléculas con enlaces químicamente para formar líquidos y sólidos a temperaturas bajas. El mecanismo de enlazamiento secundario es algo semejante al iónico, es decir, por atracción de cargas opuestas.