Dosier Materiales Tecnologia, Esquemas y mapas conceptuales de Tecnología

¡Descarga Dosier Materiales Tecnologia y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Tecnología solo en Docsity!

Nil Sánchez Muñoz Ies Torre del Palau 05/12/

ELS MATERIALS

II

1. Composició de la matèria.

La matèria és tot el que ocupa un espai en una ubicació determinada, té una certa energia i que serà sotmesa en el pas del temps, és a dir, tot o quasi tot el que coneixem. Tota aquesta matèria, està composta per partícules, els àtoms, les molècules o per ions. Aquests estan formats per protons amb càrrega positiva, els electrons amb càrrega negativa i per últim els neutrons sense càrrega. La matèria la podem dividir en dues parts, primer tenim les matèries pures que és tota la matèria que només està composta per un sol tipus d'àtom o molècules. Aquest tipus de matèria es pot trobar en la naturalesa, normalment és tot el que no està manipulat. Després tenim les mascles, que aquest tipus de matèria són les que estan compostes per diferents tipus d'àtoms i molècules unides entre elles, sense cap relació química, és a dir, conservant les seves característiques de cada molècula.

1.1 Estructura de l’àtom.

Els àtoms, tenen dues parts, el nucli on es troben dues partícules diferents: La primera partícula que hi ha en el nucli és el protó, una partícula atòmica de càrrega positiva (+), que es troba només en el nucli de l'àtom. El nombre de protons que es troben en cada àtom (ja que en cada àtom el nombre de protons canvia), s'anomena nombre atòmic (Z). La massa d'aquesta partícula és 1 UMA. La segona partícula que podem trobar en el nucli és el neutró, aquesta no té cap tipus de càrrega, és a dir, que és neutre. En la majoria d'àtoms, el seu nombre de neutrons en cada àtom no varia molt. La seva massa com en els protons és d'1 UMA. El núvol electrònic (la segona part de l'àtom), es pot representar de moltes maneres diferents en

Imatge 2 : Composició de la matèria

Imatge 1 : Composició d'àtom

Imatge 3 : Nucli de l'àtom

els dibuixos. Aquesta part dels àtoms té diferents capes que rodegen el nucli, i les partícules que estan en moviment que van circulant per aquestes capes són els electrons. La càrrega d'aquesta partícula, al contrari que els protons, és negativa (-). El nombre d'electrons que giren al voltant del nucli és igual que el nombre de protons que hi ha dins el nucli. La seva massa és molt més petita que les altres dues partícules dels àtoms.

1.1.1 Nucli. El nucli, l’anomenem nucli atòmic i el trobem al centre de cada àtom. La massa total de l’àtom, el seu 99,9% d’aquesta massa es troba en l’interior del nucli, ja que estan els protons i els neutrons. Quan es van descobrir els àtoms, l’ho últim que es va trobar va ser el nucli, i això va provocar un gran descobriment en el món de la matèria.

1.1.2 Escorça. L’escorça o capa electrònica dels àtoms, està constituïda per diferents capes que rodegen el nucli. En cada capa pot haver-hi un nombre definit d’electrons, començant per dos a la primera capa, vuit electrons a la segona divuit en la tercera… Al contrari del nucli, quan es va descobrir els àtoms, el primer que es va descobrir d’aquest van ser els electrons gira’n en l’escorça.

1.2 Elements químics.

Els elements químics són substàncies pures, que no es poden descumpondre en altres substàncies encara més pures. Tots els àtoms d’un element, tenen el mateix nombre de protons que de electrons, i l’únic que varia son els neutrons. Hi han 118 elements químics en total, i es poden diferenciar en tres tipus d’elements, els gasos nobles, els no metalls i els metalls.

1.2.1. Gasos nobles. Són un grup d’elements químics amb propietats molt similars, i és el grup d’elements químics menys abundant, són sis en total. La seva reactivitat en el món dels experiments és molt baixa. La seva característica principal és que

Imatge 4 : Àtom

Imatge 5 : Escorça de l'àtom

1.3.1 Enllaç iònic. És un dels tres tipus d’enllaç químic típics, que uneix àtoms de signe oposat, és a dir, un metall (catió) junt amb un no- metall (anió). Aquestes unions, són durs i fràgils a més no condueixen el corrent elèctric en estat sòlid però, si quan es fonen o es dissolen.

1.3.2 Enllaç covalent. L'enllaç covalent és un altre tipus d'enllaç químic en què dos àtoms comparteixen un o més parells d'electrons de tal manera que la seva escorça quedi plena, és a dir, el mateix objectiu que l’enllaç iònic. Aquest enllaç pot ser simple, es comparteixen un parell d’electrons. També pot ser doble i triple que es comparteixen dos o tres parells d’electrons, i per últim l’enllaç covalent polar, que es

forma quan l’electronegativitat de dos àtoms és molt diferent i s’ajunten igualment. L’enllaç covalent, normalment és l’enllaç més fort que formen els àtoms, i això provoca que la seva resistència sigui molt més alta i menys manipulables que la resta d’enllaços.

1.3.3 Enllaç metàl·lic. Aquest últim tipus d’enllaç que fan els àtoms, consisteix en la unió de dos elements químics metalls, ja siguin del mateix metall o de diferent. Perquè es compleixi aquest enllaç, els metalls han de tenir una baixa electronegativitat i han de tenir un lloc en la seva capa de valencia (la última capa de l’escorça). Amb aquests enllaços, formen capes cristal·lines compactes i són molt facils de manipular. Són bons conductors tèrmics i condueixen molt be l’electricitat, ja que hihan electrons que es mouen creant un impuls tèrmic, i per la mateixa raó, són insolubles en

qualsevol dissolvent.

Imatge 7 : Enllaç iònic

Imatge 8 : Enllaç covalent

Imatge 9 : Enllaç metàl·lic

2 Propietats dels materials.

Les propietats dels materials, canvien depèn del material i les seves composicions químiques (duresa, pes, conductivitat tèrmica, etc). Aquestes propietats son idonies per cada utilitat desitjada. Es poden classificar en cinc grans blocs depenen de les característiques de les seves propietats: propietats físiques, mecàniques, químiques, tèrmiques i tecnològiques.

2.1 Propietats físiques.

Aquesta propietat dels materials, descriu el comportament del material quan és sotmès en la calor o com ara el corrent elèctric, és a dir, si el material es suficientment dur, rígid… A més, són bons conductors elèctrics.

2.1.1 Densitat. És la relació que hi ha entre la massa d'un material i el volum que ocupa. Per mesurar la densitat d'un objecte, se n'ha de conèixer la seva massa i el seu volum. Amb aquestes dues magnituds, es divideixen i ja tenim calculada la densitat del material que volem.

2.1.2 Conductivitat tèrmica. És la característica dels materials que facilita el pas de la calor. Hi ha materials anomenats “aïllants tèrmics”, que no deixen passar fàcilment la calor, com la fusta, i n'hi ha altres anomenats “conductors tèrmics”, que sí que deixen passar fàcilment la calor, com els metalls. Després tenim els “mal conductors tèrmics”, que estarien entremig dels dos altres tipus.

2.1.3 Calor específic. La capacitat calorífica específica dels materials, és una magnitud física que es defineix com la quantitat de calor que cal subministrar a la unitat de massa d'una substància o sistema termodinàmic per elevar la seva temperatura en una unitat. Aquesta es mesura en diverses escales. En general, el valor de la calor específica depèn del valor de la temperatura inicial.

Imatge 10 : Exemple conductivitat tèrmica

Imatge 11 : Calor específic

2.1.8 Propietats òptiques. Les propietats òptiques, es crea'n i les podem observar quan la llum actua d'una manera o d'un altre en el material que estem experimentant. Tenim tres tipus de materials segons les seves propietats òptiques. Primer tenim els materials opacs, dels quals no es poden veure objectes a través d'ells. Després tenim els materials transparents, que podem veure clarament tot el que hi ha en l'altre cantó del material. I per últim tenim els materials translúcids, aquests materials permeten el pas de la llum, però no deixen veure amb nitidesa a través d'ells.

2.2 Propietats mecàniques.

Les propietats mecàniques indiquen el comportament dels materials quan estan sotmesos a una força, que intenten estirar-los o deformar-los ja sigui el fregament amb altres materials, o un cop amb qualsevol altre material.

2.2.1 Introducció. Els materials, amb les propietats mecàniques tenen moltes maneres de ser manipulats a través de les forces que es fan entre ells. Ja pot ser estirar la matèria (tracció), un material sotmès a una força pels dos cantons (compressió), quan dues forces tendeixen a retorçar (torsió)…

2.2.2 Comportament dels materials. Cada material té diferentes maneres d’aguantar les forces mecàniques de diferentes maneres. La resistència dels materials, es poden diferenciar en fràgils i dúctils.

2.2.2.1 Fràgil. Els materials fràgils, tenen poca i una limitada elasticitat. Són incapaços de recuperar la seva forma original un cop sotmesos a una força que superi la

Imatge 14 : Tipus de propietats òptiques

Imatge 15 : Propietats mecàniques

seva resistència. Per això, com els materials fràgils són capaços d'absorbir una quantitat molt limitada d'energia, no solen ser desitjables a l'hora de construir o edificar objectes que hi hagin de durar molt.

2.2.2.2 Dúctil. Els materials dúctils són aquells materials capaços de deformar-se, sense trencar-se o malmetre la seva estructura, de cara a l'acció sostinguda d'una força. De fet, una característica d'ells és que a través d'una tensió longitudinal sostinguda s'obtenen fibres o fils de menor grandària però igual naturalesa. Els materials dúctils són, precisament, el contrari als materials fràgils.

2.2.3 Característiques dels materials. Les característiques de les propietats físiques dels materials determinen les diferències i les diferents qualitats que tenen cadascun d'ells. Aquestes característiques són molt àmplies, i de cada una d'elles podem trobar moltes variants, per les més importants són les explicades a continuació.

2.2.3.1 Duresa. La duresa és la resistència que oposa un material a ser ratllat o malmès, sigui per un cop o qualsevol altra cosa. Normalment els materials durs siguin fràgils, com ara el vidre. Els materials durs presenten molta resistència a

Imatge 16 : Diferents propietats mecàniques

Imatge 17 : Material dur

2.2.3.5 Fragilitat. La fragilitat és la característica contraria a la tenacitat. Diem que un material és fràgil quan es trenca abans de deformar-se, aixó es pot observar molt fàcilment en molt materials com ara el vidre. Encara que hi han diferents tipus de vidres, cada vidre té un nivell de fragilitat més alt en el cas que es trenqui ràpid, o mes baig en el cas que li costi més de trencar-se.

2.2.3.6 Elasticitat. L'elasticitat és la propietat mecànica d'alguns materials de patir deformacions reversibles quan estan sota l'acció de forces exteriors i de recuperar la forma original si aquestes forces deixen d'actuar. Aquesta propietat la tenen molt pocs materials, i per això té moltes utilitats. Un clar exemple són les “gomes de pollo”, que quan les estires s’allarguen, i quan deixes d’estirar tornen al seu estat original.

2.2.3.7 Plasticitat. La plasticitat és la propietat que tenen alguns materials, que es deformen permanentment sense trencar-se i així poder formar la figura que vulguem. Aquesta propietat adopta el nom de la plastilina que tots coneixem.

2.2.3.8 Resiliència. La resiliència és una magnitud que mesura la quantitat d'energia que absorbeix un material en trencar-se sota l'acció d'un impacte, per unitat de superfície de trencada. Aquesta propietat es mesura per poder saber la mesura que es necessita per trencar un material o per no trencar-lo fent-li el màxim d'energia possible.

2.2.4 Assaigs. Els assaigs és un mètode que s'utilitzen per conèixer les característiques del material amb el qual s'ha de fabricar un objecte, és a dir, abans de construir un objecte, s'ha de fer un assaig. Hi ha els assajos científics, on s'utilitzen en els laboratoris abans de crear l'objecte, i els assajos tecnològics, que s'apliques durant el procés de fabricació. Cada propietat dels materials té una característica depenent de les característiques de cada propietat

Imatge 19 : Plastilina

Imatge 20 : Vidre trencat

independentment. Per fer aquest procediment s’utilitza una proveta en un laboretori, com be ens indica la imatge.

2.2.4.1 Destructius. Aquest tipus d’assaig, s’utilitza quan els materials assajats queden alterats en la seva forma o acabat inicial. S'acostumen a fer-se sobre mostres de mides normalitzades anomenades provetes, com bé s’ha dit anteriorment.

2.2.4.2 No destructius. En canvi aquest tipus d’assaig, s’utilitza quan els materials assajats no queden alterats en la seva forma o acabat inicial.

2.3 Propietats químiques.

És refereixen el comportament d'un material quan el sotmetem a l'acció d'agents químics o atmosfèrics. Resistència a la corrosió, i oxidació.

2.3.1 Oxidació. És l'alteració que es provoca en les propietats d'un material normalment metàl·lic , a causa de l'acció de l'aire i de l'aigua. Aquest esdeveniment, es desenvolupa amb el pas del temps. L’exemple més clar d’oxidació, és quan un metall es mulla i el deixem sense assecar un temps, o també el podem trobar en la fruita i en altres aliments.

Imatge 21 : Destructius

Imatge 22 : Fruita oxidada

2.5.1 Colabilitat. La Colabilitat, és la facilitat que ofereix un material per a ser conformat en un motlle des de l'estat líquid. Aquesta facilitat normalment augmenta baixant el punt de fusió i augmentant la fluïdesa del brou.

2.5.2 Mal·leabilitat. Aquesta propietat, és la facilitat que presenten alguns materials per estendre's en làmines quan són comprimits. Un exemple són les bobines d’acer en làmines.

2.5.3 Mecanització. És un procés de fabricació que es tracta sobre un conjunt d'operacions de unió de peces mitjançant altres materials, sigui per arrencada de ferritja o per abrasió.

2.5.4 Soldabilitat. És una propietat que el material té una gran facilitat de ser soldat i així poder- lo ajuntar amb altres.

2.5.5 Tremplabilitat. És la propietat d'un material de poder penetrar un objecte fins a una sèrie de distància determinada.

Imatge 26 : Propietats dels materials

3 Classificació dels materials.

Hi han moltes maneres de classificar els materials, depenent del especte del material, el seu origen, les seves propietats com hem vist anteriorment, etc. Per exemple, si atenem al seu origen, podem classificar els materials en naturals, transformats i sintètics. La classificació que ens mirarem més a fons seran els materials metàl·lics i els no metàl·lics.

3.1 Materials metàl·lics.

Aquest tipus de materials, es caracteritzen per ser bons conductors de la calor i l'electricitat. Solen ser sòlids a temperatura ambient, i per una certa temperatura tenen el punt de fusió. A més, són mal·leables i dúctils. Aquests materials no es troben en la naturalesa, sinó que estan combinats i units amb altres materials formant minerals i altra matèria, per aquesta raó s'han d'aconseguir en mines i els seus estudis són de la metal·lúrgia. Aquests materials, es poden trobar dos tipus: Els fèrrics i els no fèrrics.

3.1.1 Fèrrics. Els metalls fèrrics són aquells materials metàl·lics que contenen com a component principal el ferro. Els metalls fèrrics també s'anomenen productes siderúrgics. Els més importants són el ferro colat o fosa i l'acer. Com aquests materials estan formats majoritàriament per ferro, no són gaires útils en la indústria, ja que són molt poc mal·leables.

3.1.1.1 Minerals dels ferro. El ferro és un metall de transició, és el quart element més abundant en l'escorça terrestre representant un 5% i, és després de l'alumini, el metall més abundant a l'escorça. Igualment és un dels elements més importants de l'Univers, i el nucli de la Terra està format principalment per ferro i níquel, generant en moure's un camp magnètic.

3.1.1.2 Obtenció del ferro. Austràlia i Brasil són els dos majors exportadors de mineral de ferro, cadascun amb un terç de les exportacions mundials. El ferro s'extreu en aquests i molts

Imatge 27 : Materials metàl·lics