Química de los Materiales de Construcción: Propiedades y Aplicaciones

TEMA 2: CONCEPTOS BÁSICOS DE LA QUÍMICA DE MATERIALES

1. Materiales Polímeros

Un polímero es un compuesto molecular con gran masa molecular, formado por muchas unidades repetidas. A estos compuestos también se les denomina macromoléculas. Los polímeros se forman por polimerización o por policondensación.

1.1. Reacción de Polimerización

Es el resultado de la adición de dos o más monómeros que presentan enlaces múltiples:

CH₂=CH₂ + CH₂=CH₂ → -CH₂-CH₂-CH₂-CH₂- (etileno + etileno = polietileno)

Se puede producir copolimerización cuando se produce la polimerización de dos o más monómeros distintos. La polimerización puede ser lineal o ramificada.

1.2. Reacción de Policondensación

Es el resultado de la reacción entre dos monómeros que presentan grupos funcionales reactivos y que durante la reacción desprenden una molécula pequeña, generalmente agua.

C₆H₆ + H₂C=O → -C₆H₆-CH₂-C₆H₆-CH₂- … + H₂O

Los polímeros se pueden clasificar atendiendo a:

• Su origen
• Su estructura molecular
• Su forma de síntesis
• Respuesta mecánica

1.3. Clasificación de los Polímeros por su Origen

• Polímeros naturales: son de origen animal o vegetal, son utilizados en: algodón, seda, lana…
• Polímeros biológicos: también naturales con importancia en los procesos bioquímicos y fisiológicos de la vida: proteína, enzimas, almidón…
• Polímeros sintéticos: desarrollados por la investigación científica y la industria para competir con algunos polímeros naturales: siliconas, nylon, teflón…

1.4. Clasificación de los Polímeros por su Estructura Molecular

• Polímeros lineales: formados por largas cadenas de macromoléculas no ramificadas.
• Polímeros ramificados: la cadena principal está conectada lateralmente con otras cadenas.
• Polímeros entrecruzados: cadenas lineales adyacentes se unen transversalmente en varias posiciones mediante enlaces covalentes.
• Polímeros reticulados: están formados por macromoléculas con cadenas y ramificaciones entrelazadas en las tres direcciones del espacio.

Polímero entrecruzado                                                                  Polímero reticulado

1.5. Clasificación de los Polímeros Según su Respuesta Mecánica

• Plásticos: pueden deformarse plásticamente y ser termoestables o termoplásticos.

El polímero es termoplástico si al aumentar la temperatura, también aumenta la vibración molecular. Lo que hace que las cadenas se comporten independientemente resbalando unas sobre otras como si se tratase de líquido a temperatura de reblandecimiento.

Si se enfría, el proceso se invierte, el polímero se solidifica. Este proceso se puede repetir tantas veces como repitamos el calentamiento y el enfriamiento.

El polímero es termoestable cuando la ramificación conduce a una estructura fuertemente reticulada de modo que no se puede producir el estiramiento por rigidez. Al calentarlo no se fundirá ni se ablandará. La polimerización de un termoestable conlleva una etapa de reticulación o entrecruzamiento.

Cuando se trata de cadenas ramificadas podemos considerarlas como una red de malla ancha que cede siempre que se lo permita la malla; cuando cesa el estiramiento recupera su forma original, se dice que las cadenas están ligadas entre sí aunque se produzca un ligero ablandamiento.

Al calentarlo no se fundirá puesto que las cadenas están ligadas entre sí aunque se produzca un ligero ablandamiento.

1.6. La Química del Carbono y Compuestos Orgánicos

La química orgánica estudia los compuestos del carbono. Los compuestos del carbono son las sustancias centrales a partir de las cuales están hechos todos los organismos de este planeta.

A diferencia de los compuestos inorgánicos, los orgánicos presentan las siguientes características:

• Mayoría de los enlaces son covalentes.
• Puntos de fusión y ebullición más bajos que los inorgánicos.
• Poco solubles en agua.
• Estructuras moleculares complicadas.
• Moléculas apolares o poco polares.

Los compuestos orgánicos se representan mediante una fórmula que puede ser: empírica, molecular y estructural.

• Empírica: se expresa la proporción en la que están los distintos elementos.
• Molecular: indica el número de átomos totales del compuesto.
• Estructural: indica todos los enlaces que existen en la molécula.

Etano (estructural) → CH₃-CH₃

Isomería: dos compuestos orgánicos son isómeros si tienen la misma fórmula molecular y distinta fórmula estructural. Esto implica que sus propiedades van a ser diferentes.

1.6.1. Clases de Compuestos Orgánicos

El carbono puede constituir más compuestos que ningún otro elemento porque los átomos de carbono tienen la capacidad de formar enlaces carbono-carbono sencillo, doble y triple y también de unirse entre sí formando cadenas o estructuras cíclicas.

Todos los compuestos orgánicos se derivan de un grupo de compuestos conocidos como hidrocarburos debido a que están formados solo por hidrógeno y carbono. Basándose en la estructura, los hidrocarburos se dividen en dos clases principales: alifáticos y aromáticos. Los hidrocarburos alifáticos no contienen el grupo benceno, mientras que los hidrocarburos aromáticos contienen uno o más bencenos.

2. Propiedades de los Polímeros

A temperaturas altas, los polímeros se vuelven líquidos muy viscosos. A temperaturas muy bajas, el mismo polímero es un sólido duro, rígido y frágil. El polímero puede solidificarse formando un sólido amorfo o uno cristalino. Los polímeros industriales son malos conductores eléctricos, por lo que se emplean como aislantes. Un ejemplo son las baquelitas. Para evitar cargas estáticas, se ha utilizado el uso de antiestáticos que permite en la superficie del polímero una conducción parcial de cargas eléctricas.

2.1. Según su comportamiento al elevar la temperatura

Se hacen dos distinciones al calentar un polímero por encima de cierta temperatura y según su reacción (funde y fluye o no):

• Termoplásticos: fluyen (pasan a estado líquido) al calentarlos y se vuelven a endurecer al enfriarlos. Estructura molecular con pocos entrecruzamientos. Ej: polietileno, polipropileno…
• Termoestables: no fluyen y lo único que conseguimos al calentarlos es que se descompongan químicamente; esto se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los desplazamientos relativos de las moléculas.

3. Sistema Hierro-Carbono

El sistema de aleaciones binario más importante es el hierro-carbono. Los aceros y fundiciones son aleaciones hierro-carbono. La clasificación de las aleaciones férreas según el contenido en carbono comprende tres grandes grupos:

1. Hierro: contiene menos del 0.008% en peso de C.
2. Acero: aleación Fe-C, tiene un contenido en C mayor del 0.008% y menor del 2.11% en peso.
3. Fundición: aleación Fe-C, tiene un contenido en C superior al 2.11%.

4. Tratamientos Térmicos de Aleaciones Metálicas

Los tratamientos que se utilizan son: templado, revenido y recocido.

4.1. Templado

Tratamiento que tiene como finalidad endurecer y aumentar la resistencia del acero. Después del temple ha de realizarse la operación de revenido. Consiste en calentar el acero hasta una temperatura en la que dicho metal se convierte en austenita, seguido de un enfriamiento que convierte a la austenita en martensita.

Diferentes elementos constituyentes de los aceros dependiendo de las temperaturas y enfriamientos:

→ Austenita: solución sólida de carburo de hierro, dúctil y tenaz, blanda y resistente al desgaste.

→ Bainita: mezcla difusa de ferrita y cementita, que se obtiene al transformar isométricamente la austenita a una temperatura de 250-550 °C.

→ Martensita: constituyente de los aceros cuando están templados, es magnética y tiene una dureza de 50-60 HRC.

→ Ferrita: es el hierro casi puro con impurezas de silicio y fósforo. Es el componente básico del acero.

→ Cementita: es el componente más duro de los aceros con dureza superior a 60 HRC con moléculas muy cristalizadas y por eso frágil.

4.2. Revenido

Con este tratamiento eliminamos la fragilidad y las tensiones creadas en la pieza. Se realiza después del temple. Consiste en calentar las piezas a una temperatura inferior a la del temple, con un enfriamiento rápido, dependiendo del tipo de material.

La temperatura y el tiempo de calentamiento son los factores que más influyen en el resultado del revenido. El revenido es fundamental para conseguir un temple adecuado y una buena tenacidad en las piezas. Se calienta y se enfría el acero para conseguir una estructura molecular del material (temple) para posteriormente volver a calentarlo y enfriarlo modificando así la estructura anteriormente conseguida.

4.3. Recocido

El recocido se obtiene al calentar las piezas a una temperatura adecuada y enfriándolas lentamente en el mismo horno o recubriéndolas de arena o cenizas calientes. Su función es la de afinar y ablandar el grano, eliminando las tensiones y la acritud producida por la conformación del material en frío.

5. Tratamientos Termoquímicos

• Cementación: consiste en aumentar la cantidad de carbono de la capa exterior de la pieza, templando dicha capa y consiguiendo solamente el endurecimiento de la capa superficial permaneciendo el núcleo sin templar.
• Nitruración: consiste en enriquecer la superficie de la pieza en nitrógeno calentándola en una atmósfera específica a temperatura comprendida entre 500 y 580 °C, formándose una capa de muy poca profundidad pero de dureza muy superior a la capa cementada.
• Cianuración: consiste en endurecer la superficie exterior de las piezas introduciendo carbono y nitrógeno. Luego se templarán las piezas.
• Sulfinización: consiste en aplicar una pequeña capa superficial de aleaciones de S, N, y C en aleaciones férreas y de cobre. Las piezas aumentan de dimensión, su resistencia al desgaste y favorece la lubricación y elimina el agarrotamiento.
• Carbonitruración: consiste en un enriquecimiento superficial simultáneo de carbono y nitrógeno en las piezas de acero.

6. Materiales Cerámicos

6.1. Estructuras Cerámicas

Son compuestos químicos inorgánicos o soluciones complejas, constituidas por elementos metálicos y no metálicos unidos entre sí mediante enlaces iónicos y covalentes, tienen una estructura cristalina. Usos: alfarería, construcción, utensilios de cocina… Un gran número de materiales cerámicos presenta enlace atómico iónico y covalente. Enlace atómico: parcial o totalmente iónico:

• Iones metálicos: cationes (ceden), aniones (aceptan).
• Estructuras cristalinas: compuestas de dos o más elementos.
• Estructura determinada por: el valor de la carga eléctrica de los iones y los tamaños relativos de los cationes y aniones.

6.2. Propiedades

Son duros y frágiles a temperatura ambiente. Esta fragilidad se intensifica por la presencia de imperfecciones. Son deformables a elevadas temperaturas.

• Propiedades magnéticas: no suelen presentar propiedades magnéticas pero hay cerámicas con propiedades cerámicas como ferritas y granates. Al aplicar un campo magnético se produce como resultado una imantación neta.
• Propiedades eléctricas: las cerámicas son mayormente aislantes eléctricos debido a su alta resistencia dieléctrica.
• Propiedades térmicas: la mayoría tienen bajas conductividades térmicas. Debido a su alta resistencia al calor son usados como refractarios.

6.3. Vidrios

El vidrio es una mezcla de compuestos vitrificantes como sílice, fundentes, como los álcalis y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta y la mezcla se funde y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene lugar el recocido. Al vidrio así obtenido se le da forma por laminación o por otro método. El vidrio, sustancia amorfa fabricada sobre todo a partir de sílice fundida a altas temperaturas con boratos o fósforos. El vidrio es una sustancia amorfa porque no es ni un sólido ni un líquido, sino que se halla en un estado vítreo en el que las unidades moleculares, aunque están dispuestas de forma desordenada, tienen suficiente cohesión para presentar rigidez mecánica. El vidrio se enfría hasta solidificarse sin que se produzca cristalización. Suele ser transparente, pero también puede ser translúcido u opaco.

El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma mediante diversas técnicas. En frío, puede ser tallado. A bajas temperaturas es quebradizo y se rompe con fractura concoidea.

6.4. Productos de Arcilla

Arcillas: aluminosilicatos (Al₂O₃ y SiO₂) más agua. Ej: ladrillos de construcción, baldosas…

Porcelanas: aluminosilicatos, adquieren un color blanco después de la cocción a altas temperaturas. Ej: alfarería, vajillas…

Refractarios: mezcla de Al₂O₃, SiO₂, MgO, Fe₂O₃, CaO y a veces Cr₂O₃, TiO₂, presentan gran capacidad de soportar altas temperaturas sin fundir ni descomponerse, no reaccionan cuando son expuestos a medios agresivos. Ej: revestimientos de hornos. Las arcillas refractarias son mezclas de arcillas refractarias de alta pureza. Tipos de materiales refractarios:

• Refractarios ácidos de sílice
• Refractarios básicos
• Refractarios especiales

7. Fibras de Refuerzo

• Fibras de carbono: poseen alta resistencia y rigidez, incluso a altas temperaturas. Baja densidad, conductor eléctrico, y altas resistencias de tracción y compresión.
• Fibras de vidrio: la fibra de vidrio está elaborada a partir de las materias primas tradicionales necesarias para la fabricación de vidrio: sílice, cal, alúmina y magnesita. Sus principales características son: imputrescibilidad, débil conductividad térmica, estabilidad dimensional, buenas propiedades dieléctricas.
• Fibras sintéticas: se fabrican a partir de polímeros termoplásticos.
• Fibras de aramida: las fibras de aramida es el nombre genérico de las fibras de poliamida aromática (Kevlar).
• Fibras cerámicas: el SiC y Al₂O₃ son ejemplos de fibras cerámicas notables por sus aplicaciones en materiales compuestos usados a elevadas temperaturas. Son apropiadas para reforzar matrices metálicas.

8. Hormigones Reforzados con Fibras

• GRC: emplear fibra de vidrio para reforzar el hormigón tiene el inconveniente de ser atacada por los álcalis del cemento, lo que produce una degradación de la resistencia dependiendo de: la composición del vidrio, contenido de álcalis que posea el cemento, la humedad, temperatura, etc. Este inconveniente se evita con el empleo de fibra de vidrio Cem-FILAR, resistente a los álcalis del cemento. A partir de este descubrimiento surgió un producto conseguido mediante la incorporación de dicha fibra de vidrio resistente a los álcalis que se conoce como GRC. Cuando son incorporadas a una mezcla cemento/arena, resultan un material ligero y similar al hormigón, consiguiendo unas propiedades: aptitud para reproducir detalles de superficie, aptitud para ser moldeado en formas complejas y reduce los cuidados de mantenimiento.

9. Química del Medio Ambiente

9.1. El Aire

Se denomina aire a la mezcla de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor de la Tierra por la acción de la fuerza de la gravedad. Tiene aprox. un peso de 500.000 millones de toneladas.

El aire es esencial para la vida en el planeta, es particularmente delicado y está compuesto en proporciones ligeramente variables por sustancias como nitrógeno (78%), oxígeno (21%), vapor de agua (0-7%), ozono, dióxido de carbono, hidrógeno y algunos gases nobles como el criptón o el argón, es decir, 1% de otras sustancias.

9.2. Constituyentes de la Atmósfera

→ Troposfera: altura de 12 km (7 en los polos y 16 en los trópicos). Y encontramos aire, polvo, humo y vapor de agua.

→ Estratosfera: de los 12 a los 50 km. Zona fría en su capa superior con gran cantidad de O₃.

→ Mesosfera: entre 50 y 100 km. Su temperatura media es de -10 °C. Aquí los meteoritos alcanzan gran temperatura.

→ Ionosfera: después de los 100 km y desaparece poco a poco hasta los 500 km. Región constituida por O₂, la temperatura aumenta hasta 1.000 °C, los rayos U y ultravioleta ionizan el aire.

→ Exosfera: comienza a 500 km, formada por una capa de hielo y otra de hidrógeno. Después de esa capa se halla una enorme banda de radiaciones que se extiende hasta unos 55.000 km.

10. Durabilidad de los Materiales

10.1. Acciones Biológicas, Físicas y Químicas

La durabilidad de los materiales está ligada al ambiente en que se encuentren expuestos. Podemos definir el ambiente como el conjunto de acciones de origen tanto físico como químico, climático, biológico y mecánico que pueden incidir sobre un material que compone un elemento de un edificio. De este modo, el comportamiento de un material está condicionado por, entre otras, las cargas y las acciones de los usuarios, del viento y de la atmósfera que rodea al edificio, por su aire, humedad, pequeñas cantidades de polvo y compuestos químicos en suspensión más o menos activos, oscilaciones térmicas, radiaciones y demás fenómenos meteorológicos, así como por bacterias, hongos, virus y otros microorganismos, etc.

→ Ambientes tipo: interior, rural, montaña, urbano, industrial, marino, tropical, enterrado (caracterizado por una humedad constante y relativamente alta, con posible presencia de oxígeno y sales disueltas, especialmente sulfatos, arrastrados por el agua subterránea, aunque también puede arrastrar otros contaminantes. La posibilidad de heladas es baja).

→ Tipos de ambientes: el tipo de ambiente al que está sometido un elemento estructural viene definido por el conjunto de acciones físicas y químicas a las que está expuesto, y que puede llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes de las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. El tipo de ambiente viene definido por la combinación de:

• Una de las clases generales de exposición frente a la corrosión de las armaduras.
• Las clases específicas de exposición relativas a los otros procesos de degradación que procedan para cada caso.

10.2. Acciones Biológicas

Son las ejercidas como consecuencia de la presencia de seres vivos y provocan la putrefacción y/o consumo de muchos materiales, especialmente de los orgánicos, así como otras acciones físicas y químicas que surgen simultáneamente.

10.3. Acciones Químicas

Están provocadas por diferentes agentes, pero con mayor frecuencia por los elementos contaminantes del ambiente, y generan la descomposición y/o corrosión de los materiales afectados.

También a esta clase pertenecen los fenómenos de corrosión que provocan la descomposición relativamente lenta de los materiales como reacción a su ambiente.

Se entiende por oxidación la formación de costras superficiales por reacción con el aire ambiental.

10.4. Acciones Físicas

Gravitatorias, eólicas, sísmicas, criogénicas, radioactivas, electromagnéticas, solares, térmicas y acústicas.

11. Corrosión de los Materiales

Reacción química o electroquímica de un metal o aleación con su medio circundante con el consiguiente deterioro de sus propiedades. Los materiales no metálicos como polímeros o cerámicos sufren degradación.

Me → Meⁿ⁺ + ne^-

El metal, a través de un proceso de corrosión, retorna a la forma combinada formando óxidos, sulfuros, hidróxidos, etc., que es como los metales se encuentran habitualmente en la naturaleza por tratarse de un estado más estable.

La reacción de cesión de electrones del metal se llama reacción de oxidación y la de captación, reacción de reducción.

11.1. Mecanismos de Corrosión

La clasificación de los procesos de corrosión se puede realizar atendiendo a criterios muy diversos: morfología del ataque, medio que lo produce o por la condición física que lo motivan. Pero desde un punto de vista científico, la más interesante es la que clasifica los procesos de corrosión en función del mecanismo a través del cual se producen.

11.2. Tipos de Corrosión

• Corrosión directa: cuando el material opera a alta temperatura, por lo tanto no existe la posibilidad de humedad sobre la superficie metálica.
• Corrosión electroquímica: supone la existencia de una reacción redox y, por tanto, un traslado de electrones del electrolito. Se da cuando los materiales se hallan en contacto con medios de conductividad electrolítica (H₂O).

11.3. Pasivación

Propiedad que presentan determinados metales y aleaciones de permanecer prácticamente inertes en determinados medios en los cuales deberían comportarse como metales activos y disolverse a través de mecanismos de corrosión electroquímica.

→ Corrosión galvánica: tiene lugar cuando dos metales están en contacto eléctrico y en contacto con un medio agresivo en el que puede tener lugar el mecanismo electroquímico de la corrosión.

12. Protección contra la Corrosión

12.1. Protección Catódica

El metal que va a ser protegido de la corrosión se convierte en el cátodo de una celda electroquímica. Si se conecta el metal a proteger a otro más activo, este último actuará de ánodo y la corrosión puede evitarse.

13. Otras Propiedades

13.1. Clasificación de los Materiales de Construcción en Función de las Características de Reacción al Fuego

• Incremento de temperatura (ΔT)
• Pérdida de masa (Δm)
• Duración de la llama (t_f)
• Propagación de la llama (Fs)
• Potencial calorífico superior (PCS)
• Índice de la velocidad de propagación del fuego (FIGRA)
• Emisión total de calor (THR_600S)
• Propagación lateral de la llama (LFS)
• Tasa de producción de humo (SMOGRA)
• Propagación total de humo (TSP_600s)

Clasificación en función de las características de reacción al fuego se divide en 7 clases:

• A1 y A2: Nula contribución al fuego
• B: Muy baja contribución al fuego
• C: Escasa contribución al fuego
• D: Moderada contribución al fuego
• E: Contribución al fuego determinada
• F: Contribución al fuego sin determinar

Los materiales usados en los revestimientos de los suelos se les clasifican en las mismas 7 clases añadiendo el subíndice FL.

Los productos lineales para aislamientos térmicos de tuberías, se clasifican en las mismas 7 clases con el subíndice L.

13.2. Clasificación de los Elementos Constructivos en Función de las Características de Reacción al Fuego

• Capacidad portante (R): capacidad de un elemento o estructura de mantener acciones específicas durante un ensayo de resistencia al fuego.
• Integridad (E): capacidad de un elemento expuesto al fuego en uno de sus lados, de prevenir el paso de llamas y gases calientes o la aparición de llamas en la cara no expuesta, por un tiempo establecido, en un ensayo normalizado de resistencia al fuego.
• Aislamiento (I): capacidad de un elemento de separación para impedir el paso del calor, a partir de los resultados de un ensayo de resistencia al fuego.
• Radiación (W)
• Acción mecánica (M)
• Cierre automático (C)
• Estanqueidad al paso del humo (S)
• Resistencia a la combustión del hollín (G)
• Capacidad de protección contra incendios (K)

Otros parámetros de clasificación:

• IncSlow
• Sn
• Ef
• R

13.3. Propiedades Magnéticas

Solo existen tres elementos que se magnetizan al aplicarles un campo magnético: hierro (Fe), cobalto (Co) y níquel (Ni).

El magnetismo es dipolar, es decir, existen dos polos magnéticos separados por una determinada distancia.

Campo magnético: región del espacio en que se crea un estado magnético susceptible al convertirse en fuerzas de atracción o repulsión de cuerpos magnéticos.

Este campo se traduce en unas líneas de fuerzas y dos polos de los que parten una corriente de intensidad I.

Si dentro de la bobina introducimos un material magnético, el campo magnético fuera del solenoide es ahora más fuerte, ya que es la suma del campo del propio solenoide y el campo magnético externo del material introducido; esto se conoce como inducción magnética.

13.3.1. Propiedades Magnéticas Macroscópicas

Son producto de los momentos magnéticos asociados con los electrones individuales.

Cuando el electrón gira alrededor del núcleo, se convierte en una carga eléctrica en movimiento, por lo que se genera un momento magnético. Cada electrón gira alrededor de sí mismo creando un momento magnético.

En los átomos donde el nivel de energía de los electrones está completamente lleno, todos los momentos se compensan.

Estos materiales no pueden ser magnetizados permanentemente (gases inertes y algunos materiales iónicos).

De acuerdo a sus propiedades magnéticas y cuando los materiales se someten a un campo magnético, estos se pueden clasificar en:

• Diamagnéticos
• Paramagnéticos
• Ferromagnéticos: se caracterizan por ser siempre metálicos, y su intenso magnetismo no es debido a los dipolos. Este magnetismo puede ser conservado o eliminado según se desee.

13.3.2. Tipos de Materiales Magnéticos

• Materiales magnéticos metálicos:
  • Materiales magnéticos blandos
  • Materiales magnéticos duros
• Materiales magnéticos cerámicos: los materiales magnéticos cerámicos pueden dividirse en dos categorías:
  • Materiales magnéticos de baja conductividad
  • Materiales magnéticos superconductores

13.3.3. Aplicaciones del Magnetismo

El electroimán es la base del motor eléctrico y el transformador.

El desarrollo de nuevos materiales magnéticos ha sido también importante en la revolución de los ordenadores.

Los imanes grandes se utilizan para la levitación magnética, para permitir al tren flotar sobre los raíles.

Se usan los campos magnéticos poderosos en la imagen de resonancia magnética nuclear, una herramienta de diagnóstico usada por los médicos.

13.4. Propiedades Ópticas

Es la respuesta del material expuesto a una radiación electromagnética y, en particular, a la luz visible.

La luz visible es una forma de radiación electromagnética con longitudes de onda que se extiende desde aproximadamente 0,40 a 0,75 µm.

La luz visible contiene bandas de colores que van del violeta hasta el rojo. La región ultravioleta cubre el rango aproximadamente de 0,01 a 0,4 µm y el infrarrojo va desde 0,75 a 1,00 µm.

La luz puede considerarse como una entidad que tiene comportamiento de onda y que consta de partículas llamadas fotones.

13.4.1. Propiedades Generales que Dependen de la Luz

Brillo

El aspecto general de la superficie de un material cuando se refleja la luz se conoce como brillo. El brillo de los materiales puede ser de dos tipos generales: metálicos (opacos a la luz) y no metálicos (transparentes o translúcidos).

Color

Cuando la luz incide en la superficie de un material, parte se refleja y parte se refracta. Si la luz no sufre absorción, el material es incoloro.

Los materiales son coloreados porque absorben ciertas longitudes de onda de la luz y el color es el resultado de una combinación de aquellas longitudes de onda que llegan al ojo.

Algunos materiales exhiben diferentes colores cuando la luz se transmite en direcciones cristalográficas diferentes. Esta absorción selectiva es conocida como pleocroísmo.

Transparencia

Según el comportamiento ante la luz, los materiales pueden clasificarse como:

Transparentes: son los que dejan pasar la luz a través de ellos sin ninguna dificultad. Un objeto visto a través de un material transparente puede observarse perfectamente con todos sus detalles (ventanas de vidrio).

Translúcidos: dejan pasar la luz, pero transmiten una imagen difusa. De un objeto visto a través de un material translúcido, es probable que solo se distingan los contornos.

Opacos: no dejan pasar la luz.

Luminiscencia

La luminiscencia puede definirse como cualquier emisión de luz por un material que no es resultado directo de la incandescencia.

Normalmente la luminiscencia suele ser débil y puede observarse únicamente en la oscuridad. Dentro de la luminiscencia se destacan:

• Fluorescencia: materiales que se hacen luminiscentes al ser expuestos a la acción de los rayos ultravioletas, rayos X o rayos catódicos.
• Fosforescencia: materiales en los que la luminiscencia continúa después de haber sido cortada la excitación.

Termoluminiscencia

Es la propiedad que poseen algunos materiales de producir luz visible cuando se calientan a una temperatura por debajo del rojo.

Triboluminiscencia

Es la propiedad que poseen algunos materiales de hacerse luminosos al ser molidos, rayados o frotados. El cuarzo es un ejemplo de este tipo de materiales.

 INDICE DE REFRACCIÓN:

Cuando un haz de luz pasa de un medio a otro, o sea que atraviesan un segundo medio, pierde algo de su energía y, en consecuencia, cambia su velocidad y por ello, cambia de dirección.

La velocidad relativa de la luz que pasa a través de un medio se expresa por medio de una propiedad óptica llamada índice de refracción (n). El valor del índice de refracción se define como el cociente entre la velocidad de la luz (c) y la velocidad de la luz en el medio considerado.   

PROPIEDADES ACUSTICAS:

El ruido, como sonido desagradable provocado por las actividades humanas, es uno de los contaminantes que más ha crecido en los últimos años, causando un importante deterioro del bienestar y del hábitat por su difícil eliminación.

El sonido es una sensación percibida por el oído que llega al cerebro. Se considera ruido al sonido sin definición, con vibraciones cortas que molestan y alteran el nervio auditivo, mientras que el sonido musical es controlado por el hombre, posee la cualidad de tener vibraciones regulares que se perciben en forma precisa y son agradables al oído. La dimensión de la música es el tiempo y su medio de expresión es el sonido. Cada sonido presenta sus propias características que lo hacen peculiar y diferente, siendo las cualidades del sonido cuatro: intensidad, altura, timbre y duración.

→INTENSIDAD: fuerza con que se produce un sonido.

→ ALTURA: propiedad por la cual un sonido se puede clasificar en agudo, medio y grave; constituye el tono del sonido.

→TIMBRE: sonido característico de una voz o instrumento.

→DURACIÓN: comprende el tiempo que se escucha un sonido.

Una honda sonora es una fluctuación de presión que se propaga a través de cualquier medio que es suficientemente elástico para permitir que sus moléculas se acerquen y se separaren unas de otras.

Las ondas acústicas son ondas longitudinales ya que el desplazamiento de las partículas respecto de su posición de equilibrio se produce en el mismo sentido de propagación de la perturbación.

Existen tres tipos de ondas mecánicas:

• AUDIBLES: ondas sonoras que están dentro del intervalo de sensibilidad del oído humano (20-20.000Hz)
• INFRASÓNICAS: son las que tienen frecuencia debajo del intervalo audible
• ULTRASÓNICAS: son aquellas cuya frecuencia está por arriba dl intervalo audible.

El nivel de presión sonora determina la intensidad del sonido que genera una presión sonora instantánea y varía entre 0dB umbral de audición y 140dBumbral del dolor.