1) Los materiales modernos, incluidos metales, cerámicas y polímeros, son aquellos que nos rodean gracias a la tecnología actual. 2) Los humanos han avanzado en el desarrollo de nuevos materiales como superconductores, semiconductores y aleaciones que sean más ligeros, resistentes y respetuosos con el medio ambiente. 3) El documento analiza las propiedades de diferentes materiales como metales, cerámicas, vidrio y polímeros mediante pruebas físicas en el laboratorio y clasifica los material

1. INTRODUCCION A LA QUIMICA DE
LOS MATERIALES MODERNOS
Melisa Játiva, Sebastián Montoya, Jefferson Peña, Johan Quintero, Leonardo Suarez
Universidad Nacional De Colombia, sede Medellín
ABSTRACT: Modern materials, both metals, ceramics and polymers are mainly
those who surround us at all times, thanks to today's technology has been able to
work with these structures and improve convenience of human development.
INTRODUCCION
Los materiales han definido el
desarrollo de la cultura humana
desde sus comienzos hasta el
presente; por ello, se denomina cada
época en la historia por un material
característico diferente. Actualmente,
el ser humano ha logrado tal avance
tecnológico, que se ha creado y se
sigue investigando en una nueva
generación de materiales modernos
(superconductores, semiconductores,
aleaciones, cerámicas, vidrios, etc.),
que sean cada vez más ligeros,
resistentes y amigables con las
condiciones ambientales actuales.
El trabajo que se realizó para la
escritura de este artículo, parte del
conocimiento de los diferentes tipos
de enlaces presentes en materiales
sólidos, así mismo de su estructura y
geometría molecular, para la
determinación y evaluación de las
propiedades de cada uno de ellos,
por medio de diferentes procesos
físicos que se trabajaron en el
laboratorio. Partiendo de los
resultados obtenidos después de
realizar el análisis de cada uno de los
materiales, se procede a dar una
clasificación de ellos según las
propiedades encontradas evaluadas,
que van desde su dureza y
resistencia física, hasta pruebas
luminiscentes y de resistencia al calor
y electricidad.
Al finalizar, cabe resaltar que
después de las pruebas físicas
realizadas a los materiales de
estudio, se pudo hacer una
determinación de su tipo de enlace,
su geometría y estructura molecular,
para así poder crear una tabla para
su respectiva clasificación.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
i. Evaluación de propiedades

2. - Se observa cada uno de los
materiales definiendo su
composición de enlace
presente en estos.
- Dejando caer la luz en el
material se determina si el
sólido posee un brillo
característico, y si es opaco o
transparente.
- Definir según si es
transparente u opaco si el
material posee estrucura
amorfa o cristalina.
- Según su dureza definir donde
se encuentra en la escala de
Mohs.
- Se sujetan con ambas manos
cada uno de los materiales y
con una pequeña presión tratar
de flexionarlos.
- Usando el material como
puente entre dos alambres que
encienden una bombilla si
existe conductividad eléctrica.
- Calentar los solidos en un
mechero durante 15 segundos
y se determino su temperatura
con el multimetro.
- Utilizando un iman se verifico
cuales tenían y cuales no
propiedades magneticas.
ii. Obtencion de la resina
urea- formaldehido
- Primero tomamos las medidas
correspondientes para hallar el
volumen de unos rectángulos
que estaban hechos de arcilla,
después los pesamos para
encontrar la densidad de los
mismos, puesto que con
anterioridad teníamos claro
que D = M/V.
- Para obtener la resina de urea-
formaldehido tuvimos que
agregar 5 mililitros de
disolución saturada de urea en
un recipiente, después le
agregamos 5 mililitros de
formaldehido al 40%;
revolvimos la solución un poco
para asi con un gotero se
agrego 15 gotas de ácido
sulfúrico (sin dejar de agitar la
mezcla) este proceso lo
llevamos a cabo hasta que la
mezcla se empezó a
endurecer, en ese momento
dejamos de agitar.
- Después se procede a anotar
los resultados observados.
iii. Densidad de una pieza
cerámica en sus diversas
etapas:
- Una pasta humeda o semi-
humeda se hace pasar por una
plantillaa rectangular, se
presiona hasta tener buena
homogeneidad y apariencia
plana.
- Secan una a 70°C y otra a
1050°C.
- Se pesan el la balanza
analítica
- Se mide la longitud de cada
uno de sus lados.
- Se halla la densidad.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÒN
Material: Metal (Fe, Cu, Al)
Tipo de enlace: Metálico
Estructura Cristalina o amorfa:
Ejemplo (Cu):
El cobre tiene una estructura
cristalina FCC y un radio atómico
de0.1278nm. Considerando a los
átomos como esferas rígidas que se
tocan entre sí a lo largo de la
diagonal de la celda unitaria FCC
como se muestra
Brillo: Si
Transparencia: no
Dureza: 5
Flexibilidad: No
Conductividad eléctrica: Si (la
mayoría)
Resistencia al calor: Siendo (T) la
temperatura tomada cada 5 segundos
después de que el material se calentó
en un mechero de alcohol durante 15
segundos: (Fe)
T1: 64°C, T2: 60°C, T3: 58°C,
T4: 56°C, T5: 52°C.
Propiedades magnéticas:
Hierro: El estado del hierro en su
forma natural es sólido (ferro
magnético). El hierro es un elemento
químico de aspecto metálico brillante
con un tono grisáceo y pertenece al
grupo de los metales de transición. El
número atómico del hierro es 26. El
símbolo químico del hierro es Fe. El
punto de fusión del hierro es de 18,8
grados Kelvin o de 1534,85 grados
Celsius o grados centígrados. El
punto de ebullición del hierro es de
30,3 grados Kelvin o de 2749,85
grados Celsius o grados centígrados.
Cobre: El estado del cobre en su
forma natural es sólido
(diamagnético). El cobre es un
elemento químico de aspecto
metálico, rojizo y pertenece al grupo
de los metales de transición. El
número atómico del cobre es 29. El
símbolo químico del cobre es Cu. El
punto de fusión del cobre es de
1357,77 grados Kelvin o de 1084,62
grados Celsius o grados centígrados.
El punto de ebullición del cobre es de
32,0 grados Kelvin o de 2926,85
grados Celsius o grados centígrados.
Aluminio: Lo que ocurre con el
aluminio está relacionado con la
susceptibilidad y permeabilidad
magnética. Al someterlo a un campo
magnético existe imanación mientras
dura éste y si se anula el campo
también lo hace la imanación. Los
momentos magnéticos de la
estructura molecular del aluminio
permanecen orientados mientras un

4. campo magnético los mantiene pero
si éste se anula vuelven a
desordenarse y el aluminio se
desmagnetiza
Material: Cerámica (Al2O3.SiO2)
Tipo de enlace: Se caracterizan por
tener ambos tipos de enlace tanto
iónico como covalente, causando su
dureza y tenacidad que lo hacen más
fuerte que el enlace metálico, la
forma de la sujeción de electrones en
las moléculas hacen que estos
elementos tengan una conductividad
pobre.
Estructura Cristalina o amorfa:
Algunos materiales cerámicos
contienen enlaces covalentes. Un
ejemplo es la forma cristobalita del
SiO, o sílice, que es una materia
prima importante para los productos
cerámicos (figura), La disposición de
los átomos en la celda unitaria
proporciona la coordinación
adecuada, equilibra la carga y,
además, asegura que no se viole la
direccionalidad de los enlaces
covalentes
Brillo: Si
Transparencia: No
Dureza: 7
Flexibilidad: No
Conductividad eléctrica: No
Resistencia al calor: Siendo (T) la
temperatura tomada cada 5 segundos
después de que el material se calentó
en un mechero de alcohol durante 15
segundos:
T1:74°C, T2: 62°C, T3: 54°C,
T4: 47°C, T5: 42°C.
Propiedades magnéticas: No suelen
presentar propiedades magnéticas.
Material: Vidrio
Tipo de enlace: ionico, covalente
Estructura Cristalina o amorfa:
Un mismo compuesto superdo, según
el proceso de solidificación, puede
formar una red cristalina o un sólido
amorfo. Por ejemplo, según la
disposición espacial de las moléculas
de sílice (SiO2), se puede obtener una
estructura cristalina (el cuarzo) o un
sólido amorfo (el vidrio).

5. Brillo: No
Transparencia: Si
Dureza: 6
Flexibilidad: No
Conductividad eléctrica: No
Resistencia al calor: Siendo (T) la
temperatura tomada cada 5 segundos
después de que el material se calentó
en un mechero de alcohol durante 15
segundos:
T1:152°C, T2: 132°C, T3: 94°C,
T4: 71°C, T5: 53°C.
Propiedades magnéticas: vidrio
transparente no tiene propiedades
magnéticas, no es atraído ni repelido
por campos magnéticos, ni puede
magnetizarse temporal ni
permanentemente.
Material: Polímero: Poliestireno
Tipo de enlace: los polímeros
industriales están determinadas
principalmente, por la naturaleza
química del material (enlaces
covalentes de mayor o menor
polaridad) y son poco sensibles a la
microestructura cristalina o amorfa
del material, que afecta mucho más a
las propiedades mecánicas
Estructura Cristalina o amorfa:
La estructura de un polímero afecta
en gran medida a la cristalinidad. Si
es regular y ordenada, el polímero se
empaquetará fácilmente en forma de
cristales. De lo contrario, no.
Observemos el poliestireno para
comprenderlo mejor.
Brillo: No
Transparencia: No
Dureza: 1
Flexibilidad: Si
Conductividad eléctrica: El
poliestireno tiene muy baja
conductividad eléctrica (típicamente
de 10-16
S m-1
), es decir, es un
aislante. Por sus propiedades suele
usarse en las instalaciones de alta
frecuencia

6. Resistencia al calor:
Siendo (T) la temperatura tomada
cada 5 segundos después de que el
material se calentó en un mechero de
alcohol durante 15 segundos:
T1:52°C, T2: 49°C, T3: 45°C,
T4: 42°C, T5: 35°C.
Propiedades magnéticas: No
magnético.
Material: Grafito
Tipo de enlace: En el grafito
los átomos de carbono presentan hibr
idación sp2, esto significa que forma
tres enlaces covalentes en el mismo
plano a un ángulo de 120º
(estructura hexagonal) y que un
orbital Π perpendicular a ese plano
quede libre (estos orbitales des
localizados son fundamentales para
definir el comportamiento eléctrico del
grafito). El enlace covalente entre los
átomos de una capa es
extremadamente fuerte, sin embargo
las uniones entre las diferentes capas
se realizan por fuerzas de Van der
Walis e interacciones entre los
orbitales Π, y son mucho más
débiles.
Estructura Cristalina o amorfa:
Brillo: Es de color negro con brillo
metálico
Transparencia: No.
Dureza: 1-2
Flexibilidad: Escamas finas flexibles
y quebradizas
Conductividad eléctrica: En la
dirección perpendicular a las capas
presenta una conductividad de la
electricidad baja y que aumenta con
la temperatura, comportándose pues
como un semiconductor. A lo largo de
las capas la conductividad es mayor y
aumenta proporcionalmente a la
temperatura, comportándose como
un conductor semimetálico.
Resistencia al calor: Siendo (T) la
temperatura tomada cada 5 segundos
después de que el material se calentó
en un mechero de alcohol durante 15
segundos:
T1:65°C, T2: 54°C, T3: 45°C,
T4: 37°C, T5: 32°C.
Propiedades magnéticas: No
magnético
Estado inicial de los reactivos para
conformar el polímero:
Estado del producto final:
Predecir las propiedades de este
producto
Enlace Covalente
Color Blanco
Dureza No

7. Flexibilidad Si
Conductividad
eléctrica
No tiene
Propiedades
magnéticas
No tiene
Peso de la pieza de arcilla a)
moldeada, b) seca y c) calcinada:
A 137,56 g
B 34,52 g
C 122,61g
Dimensiones de la pieza de cerámica
a) antes y después de la cocción:
Largo Ancho Espesor
9,2 cm 3,4cm 3,3cm
nn 2,1 cm 2,1 cm
9,1cm 3,5 cm 1,7 cm
Densidad de la pieza de arcilla a)
moldeada, b) seca, c) calcinada:
a) 1,3 g/cm ³
b) 2,23 g/cm ³
c) 2,26 g/cm ³
Cambios de color observados
a) gris
b) café claro
d) rojiza
CONCLUSIONES
Las características de los
materiales están ampliamente
influenciadas por sus
estructuras y composiciones.
La caracterización realizada
evidenció las diferencias entre
los distintos materiales
presentes en cuanto a
propiedades como la
conductividad, dureza,
formación de cristales y
conductividad térmica. Estas
diferencias entre los materiales
nos permite usarlos en
diferentes actividades y es una
puerta abierta a la innovación
e investigación.
La arcilla posee propiedades
plásticas, por lo que puede ser
moldeada fácilmente, pero al
secarse se torna firme y
cuando se somete a altas
temperaturas ocurren
reacciones químicas, que
básicamente la arcilla pase a
formar un material
permanentemente rígido.
Al terminar la conformación del
polímero encontramos un
elemento sin brillo, opaco
(color blanco), con buena
resistencia al calor, poca
conductividad eléctrica, sin
magnetismo, sin flexibilidad y
poca dureza.
Como era de esperarse los
materiales metálicos conducen
la electricidad, pero se observó
que el grafito, un material cuyo
tipo de enlace es covalente
también posee esta propiedad,
esto debido a que el grafito
presenta una hibridación sp2,
lo que significa que un carbono
esta enlazado con otros tres
átomos de carbono, pero el
carbono posee 4 electrones de
valencia, al quedar un electrón
libre si se somete el material a
3,5 cm

8. un campo eléctrico este puede
conducir la electricidad.
No todos los metales son
atraídos por un imán, esto es
debido a que dependiendo de
su distribución electrónica y
sus propiedades, estos se
pueden clasificar en
ferromagnéticos que son
atraídos fuertemente por una
fuerza magnética, los
paramagnéticos, que son
débilmente atraídos y
finalmente los materiales
diamagnéticos que repelen
campos magnéticos.
Referencias
1. Theodore E. B., H. E. LeMay., B. E.
Bursten. Química la ciencia central
(10 ed) 2005., p. 436-525. Prentice
Hall.
2. Chang R., College W. Química. (7
ed) 2002. McGraw-Hill
3. Mitchell B. s. An Introduction to
Materials Engineering and Science.
2004. John Wiley and sons.