Dimitri Mendeleiev publicó en 1869 su famosa tabla. Ordenó los elementos conocidos, dejó huecos para nuevos elementos aún no descubiertos y predijo sus propiedades.

¿Dónde se han formado los elementos de la tabla periódica?

• En los primeros instantes de vida del universo.
• En el interior de las estrellas.
• En las explosiones de supernovas.
• En el laboratorio.

Según el origen de los materiales son:

• Naturales: Obtenidos de la naturaleza: madera, granito.
• Transformados: Que se obtienen transformando materiales naturales: papel, caucho vulcanizado, cemento, acero.
• Artificiales o sintéticos: Se obtienen como productos de procesos químicos o físicos: plásticos, fibras artificiales.
• Reciclados: Obtenidos a partir de objetos del mismo material: papel, vidrio.

Propiedades de los materiales

• Densidad: La madera se ha usado para construir barcos porque su densidad es menor que la del agua.
• Dureza: El diamante es el material más duro conocido. Por eso se utiliza en máquinas abrasivas o perforadoras.
• Tenacidad: El acero es muy tenaz: Esto quiere decir que soporta golpes sin que se rompa. Por eso se utiliza en muchas herramientas.
• Ductilidad: Los metales son, en general, muy dúctiles, por ello se pueden elaborar hilos muy finos.
• Temperatura de fusión: El wolframio se usa en las bombillas porque tiene una temperatura de fusión muy elevada.
• Maleabilidad: El aluminio, como muchos otros metales, es muy maleable: se pueden elaborar láminas muy finas.
• Fragilidad: Algunos cristales se fabrican con incrustaciones de otros materiales para reducir su fragilidad.
• Conductividad térmica: La baquelita conduce muy mal el calor: es un buen aislante térmico. Por eso se usa en asas de utensilios de cocina.
• Conductividad eléctrica: El cobre se emplea en los hilos conductores porque conduce muy bien la electricidad y disipa (pierde) poca energía. La plata es mejor conductor, pero es bastante más cara, ¡por eso se usa mucho menos!
• Comportamiento magnético: La aguja de muchas brújulas es magnética: se siente atraída por un imán.
• Color: Las señales de peligro de circulación tienen una franja roja que los destaca y los diferencia de los colores más habituales de la naturaleza, como el verde o el azul.
• Transparencia: La fibra de vidrio es muy transparente: la luz puede viajar a través de esta muchos kilómetros sin que se atenúe. Por eso se usa en comunicaciones o endoscopios.
• Reflectividad: El plástico utilizado en las señales de circulación o los chalecos de seguridad refleja muy bien la luz.
• Índice de refracción: Cada material refracta la luz de una manera. En personas con más dioptrías, para no aumentar demasiado el grosor de las lentes, se deben utilizar cristales con índices de refracción más elevados.
• Capacidad de dilatación: En muchos termostatos se usan dos láminas de metales que se dilatan de manera distinta cuando se calientan.
• Elasticidad: La fibra de carbono es muy flexible: permite construir objetos capaces de aguantar fuerzas mayores sin que se estropeen.
• Calor específico: Los platos de barro, debido a su elevado calor específico, conservan la comida caliente durante más tiempo.
• Plasticidad: El material que forma la plastilina se puede modelar fácilmente sin que se rompa.
• Resistencia a la corrosión: Algunos tipos de acero (aceros inoxidables) resisten mucho tiempo sin que la corrosión los afecte.
• Brillo: Los brillantes son diamantes especialmente tallados para que su brillo sea máximo.
• Conductividad del sonido: En tabiques, techos y suelos se utilizan materiales aislantes del sonido, como el porexpan.
• Fluorescencia: Las paredes de las lámparas fluorescentes reemiten luz cuando incide luz ultravioleta.
• Capacidad de polarización de la luz: Los cristales líquidos dejan pasar o no una parte de la luz según si están o no sometidos a la presencia de una corriente eléctrica. Esto permite, por ejemplo, formar caracteres legibles en las pantallas de las calculadoras.

Materias primas

Materiales extraídos de la naturaleza para fabricar productos.

2.4. Los metales no se encuentran en estado puro en la naturaleza

Una gran parte de la materia prima que usamos en la vida cotidiana proviene de plantas o de animales. La mayoría de los metales se obtienen en la naturaleza de los minerales. Un mineral es una sustancia sólida que se forma en la corteza terrestre y está compuesto siempre de un metal y un no metal. Los minerales son un recurso limitado, no renovable. Una vez extraído el metal, el mineral generalmente no tiene más utilidad. Los recursos son limitados, se obtienen reciclando y refinando objetos que contienen estos metales.

Extracción de materiales

Los metales se obtienen a partir de dos procesos industriales: el calor o la electricidad. En los dos procesos se realiza a través de una reacción química, denominada reducción, en la que se obtiene el metal puro y se separa del compuesto.

ESCOBRIMENT CLAU: Fundición El afinamiento consiste en reducir el contenido de carbono de la fosa.

Electrólisis: Es un proceso de descomposición de compuesto químico a través de la electricidad. También es una reacción de reducción. Es el proceso más común de extracción de metales.

Coltán: Son dos minerales: la columbita y la tantalita relacionados con la industria electrónica.

El niobio se usa en la fabricación de imanes de un gran poder magnético y es la clave del desenvolvimiento de micromotores como los que utilizan los discos duros, y de altavoces y auriculares.

El tántalo se usa en la fabricación de condensadores y está presente en casi todas las baterías que utilizan los teléfonos móviles o cualquier otro tipo de aparato con baterías recargables. Su valor es muy alto.

Un material es artificial cuando la materia prima con que se fabrica proviene de otras sustancias o materiales que, a su vez, han tenido un proceso de elaboración a partir de otras sustancias o materiales.

La plasticidad es una propiedad de los materiales que permite darles fácilmente la forma que más convenga.

5.2. Cómo se clasifican los polímeros

Polietileno tereftalato (PET / PETE), Polietileno de alta densidad (PEAD / HDPE), Policloruro de vinilo (PVC), Polietileno (PEBD / LDPE), Polipropileno (PP), Poliestireno (PS)

La clave de la fabricación del papel está en la obtención de la celulosa.

Problemas asociados a la fabricación de papel

• La deforestación provocada por la tala indiscriminada de árboles.
• La gran cantidad de agua que se necesita para la fase de separación de la celulosa de la lignina.
• La contaminación de ríos a causa del uso de compuestos de azufre, de cloro o ozono en los procesos de blanqueado de la pulpa de celulosa.
• La energía utilizada para mover las máquinas, calentar el agua.

Soluciones a los problemas

• Desforestación: Se aborda mediante el control de la cadena de custodia (la madera se extrae de bosques cuya explotación está controlada), la utilización de materias primas diferentes de los árboles, como el cáñamo, el lino o el algodón, y la reutilización de las fibras del papel usado.
• Consumo de agua: Se pueden usar ciclos cerrados de agua, con depuradoras que extraen los productos químicos del agua utilizada, y que devuelven el agua tratada al proceso industrial dentro de la fábrica.
• Consumo de energía: Se utiliza menos energía si se recicla el papel.

Nanotecnología

Los nuevos materiales permiten fabricar de otro modo los productos que ya tenemos, pero con nueva producción, más respetuosos con el medio ambiente y, sobre todo, mucho más prácticos.

6.1. Nanociencia

La nanotecnología se basa en el desarrollo científico de los materiales. El estudio de todos los aspectos científicos desde el punto de vista nanométrico se conoce como nano-ciencia.

Microscopio de efecto túnel: No ofrece una imagen directa del objeto, sino que se basa en el principio de que la estructura de una superficie puede ser estudiada con una aguja que recorre la superficie a una distancia fija sobre esta.

2.6. El mundo del carbono

El elemento más importante de nuestra existencia. Cuando varios átomos de carbono se unen se forman redes cristalinas.

ESCOBRIMENT CLAU: ¿Cómo se fabrica la fibra de carbono? La fibra de carbono es un hilo largo y muy delgado compuesto de carbono. Varias fibras de carbono enrolladas se entrelazan para formar un tejido, como se hace con las telas. Después, esta tela se combina con resinas que hacen de pegamento y se moldea para obtener la forma deseada.

El fulereno es una molécula formada por 60 átomos de carbono. Su estructura es muy particular, con forma de un balón de fútbol. Puede hacer que adquiera la forma de tubo, un nanotubo. Si el nanotubo tiene, además de carbono, demás elementos se convertirá en un conductor. En este caso hablaríamos de nanocables o, en un semiconductor, de nanointerruptores.

6.4. El futuro. La nanotecnología

La Nanotecnología es una ciencia aplicada dirigida al diseño, la fabricación y la aplicación de materiales y aparatos a escala nanométrica.

Poder fabricar máquinas capaces de depositar átomos de un elemento particular justo en el lugar adecuado para que, junto con otros, formen una máquina de un tamaño macroscópico. Podemos diseñar nuevos materiales.

5.6. La nanotecnología: una ciencia multidisciplinar

Abarca todas las disciplinas científicas imaginables y las que todavía no se han creado.

6.6. La nanotecnología a nuestro alrededor

Batería flexible de nanotubos de carbono, LED, Nanoxips, Aplicaciones en medicina y farmacia.