Materiales a Nuestro Alrededor

Una mirada a nuestro alrededor nos muestra que la mayoría de los materiales son artificiales. La clave se encuentra en los enlaces químicos entre sus átomos y las estructuras que originan. Este es el objeto de estudio de la ciencia de materiales.

Metales

La obtención de metales se realiza a partir de los minerales que los contienen en forma de óxidos, carbonatos, sulfuros y otros compuestos. Los metales se mezclan para formar aleaciones en las que se mejoran las propiedades de los componentes.

Cerámicas y Vidrios

Las cerámicas y los vidrios se caracterizan por su dureza, estabilidad y capacidad de aislamiento eléctrico y térmico. Las cerámicas se obtienen a partir de la cocción por encima de 800 ºC de la arcilla. El vidrio se obtiene fundiendo por encima de 1500 ºC una mezcla de sílice, carbonatos de sodio y calcio.

Polímeros Sintéticos

Los encontramos en las bolsas, envases, recubrimientos, etc. Se denominan polímeros porque su estructura es la repetición de una molécula más pequeña llamada monómero.

Fibras

Las fibras poseen largas moléculas que pueden flexionarse y entrelazarse libremente. Su origen puede ser natural o artificial.

  • Fibras naturales: se obtienen de vegetales como el algodón.
  • Fibras artificiales: el papel es ejemplo de producto obtenido a partir de celulosa.
  • Fibras sintéticas: se obtienen a partir de polímeros sintéticos. Existen muchas fibras sintéticas como el nailon o el poliéster.

Coste de los Materiales

Toda actividad productiva, además de los innegables beneficios que produce, también da lugar a:

  • Ocupación.
  • Emisión de sustancias.
  • Generación de residuos industriales.
  • Agotamiento de recursos.

Análisis de Procesos y Costes Medioambientales

El análisis de los costes medioambientales consiste en estudiar los efectos perjudiciales de una actividad industrial con la finalidad de asesorar a las autoridades. Por ejemplo:

  • Cemento: genera la pérdida del paisaje y genera polvo y ruido.
  • Acero: su combustión en los altos hornos emite a la atmósfera partículas en suspensión responsables de la lluvia ácida.
  • Papel: la celulosa extraída de la madera está mezclada con lignina.

¿Se Agotan los Recursos?

Se han clasificado en renovables y no renovables. Otros recursos vendrán afectados por factores climáticos como la aparición de plagas.

Cálculo de las Reservas de Recursos Naturales

Todo inventario será siempre una estimación que puede depender de:

  • Diferencial entre el precio de extracción y de mercado.
  • Nuevas técnicas de prospección y nuevos conocimientos científicos.
  • Situación geopolítica internacional.

Gestión Responsable de los Recursos Naturales

Un alto grado de motivación y compromiso se promueve desde las administraciones públicas mediante:

  • Campañas.
  • Legislación ambiental.
  • Reducir el consumo de las materias primas.
  • Minimizar el consumo energético.
  • Limitar al mínimo los efectos perjudiciales sobre el medio ambiente.

Reducir el Consumo Injustificado de Materias Primas

El reciclado del papel comienza con una buena separación del papel usado para evitar la entrada en el ciclo de grapas…

Minimizar el Consumo Energético

En todos los procesos de extracción se consume energía. La fabricación de aluminio requiere un proceso complejo. Sin embargo, para reutilizar el aluminio solo hay que fundirlo de nuevo, eliminando los pasos previos.

Aprovechar los Residuos

Los materiales que contienen los aparatos en desuso constituyen una amenaza para el medio ambiente por su toxicidad y por la degradación del paisaje. La recuperación de estos materiales es la mejor alternativa.

Materiales Más Resistentes y Ligeros

El acero es flexible y muy resistente a la tracción. Su alto contenido en hierro origina su principal problema, la corrosión.

Protección Frente a la Corrosión

Las causas de corrosión son múltiples:

  • Corrosión general: el hierro se oxida.
  • Corrosión bimetal: la unión de dos metales diferentes crea corrientes eléctricas que aceleran la corrosión.
  • Corrosión intergranular: el acero posee una estructura de granos que son débiles frente a la corrosión.
  • Corrosión alveolar: similar a bimetal.
  • Corrosión bacteriana: causada por algunas bacterias.
  • Corrosión de fatiga y tensión: las tensiones y deformaciones modifican la estructura.

Las medidas de protección pueden ser:

  • Pasivas:
    • Utilización de aceros especiales.
    • Recubrimiento de las superficies expuestas mediante pinturas.
    • Aislamiento eléctrico.
  • Activas:
    • Paso de corrientes eléctricas.
    • Conexión de la estructura a bloques de metales.

Materiales Compuestos

Los materiales compuestos consisten en una fibra resistente a la tracción y una matriz que la cohesiona. Las posibilidades son infinitas y se pueden construir estructuras en sándwich con capas delgadas de aluminio.

Oportunidades para el Desarrollo de Materiales Energéticos

La evolución tecnológica es un proceso complejo en el que intervienen las necesidades del mercado y los recursos necesarios. Las pilas de combustible y las baterías compiten por sustituir a los motores de combustión interna. Por otra parte, la energía eólica o solar presentan el inconveniente de la discontinuidad en el suministro.

Nanotecnología

Las propiedades de la materia a la escala ordinaria dependen de las interacciones de un número colosal de átomos, electrones y fotones, pero cuando descendemos a la escala de esas partículas las reglas cambian y se presentan fenómenos sorprendentes que estudia la física cuántica y trata de aprovechar la nanotecnología.

Aplicaciones de la Nanotecnología

  • Catalizadores: utilizados para fragmentar las grandes moléculas de hidrocarburos para fabricar gasolina.
  • Almacenamiento de datos: obtención de microchips con transistores más pequeños.
  • Encapsulado de fármacos: mejorar su dosificación.
  • Recubrimientos: para mejorar la dureza de cerámicas.
  • Investigación biomédica: permiten visualizar la migración de células cancerosas.