Resumen del tema referido a los nuevos materiales de la asignatura CMC de 1º de bachiller.

1. Tema 7
Nuevas necesidades nuevos materiales

2. De materia a materiales
 Todo lo que conocemos está formado por materia.
 La materia está formada por elementos.
 En la naturaleza aparecen átomos de unos 90
elementos diferentes.
 En 1869 D. Mendeleiev ordenó los elementos
conocidos y predijo la existencia de otros elementos
desconocidos de los cuales fue capaz de anticipar
sus propiedades.
Carl Sagan- La tabla periódica

3. ¿Cómo se ha formado los elementos
químicos?
 En los primeros instantes de la formación del
universo se formaron el H, el He y pequeñas
cantidades de Li.
 En el interior de las estrellas por fusión nuclear se
forma hasta el Fe.
 En la explosión de una supernova se forman los
elementos más pesados que el Fe.
 En el laboratorio se ha creado elementos más
pesados que el uranio, en reacciones nucleares.

4. Otra manera de organizar la materia: la
complejidad de su estructura.
 Elementos químicos: En 2008 se conocían 116
elementos de los que 90 se encuentran en la naturaleza.
 Compuestos químicos: Sustancia que no puede
separarse en sus componentes por procedimientos
físicos.
 Mezclas de materiales. Aleaciones. Son mezclas
realizadas artificialmente con dos o más elementos o
compuestos químicos.
 Composites: Materiales compuestos por dos o más
materiales que tienen propiedades físicas o químicas
muy diferentes, y que juntos forman unas sustancias con
unas propiedades a su vez diferentes a las de sus
componentes por separado.
 Ejercicios 1 y 2 de página 190

5. ¿De dónde obtenemos los materiales?
 Materiales naturales.
 Materiales transformados. Transformando algún
material natural o mezclando varios.
 Materiales artificiales o sintéticos. Producto de
procesos físicos o químicos.
 Materiales reciclados.
 Lectura de descubrimiento clave de página 191
 Ejercicio 24, 25 de pág. 214

6. Propiedades de
los materiales
Mecánicas Térmicas
Electromag
néticas Químicas Acústicas Ópticas

7. Propiedades
mecánicas
Densidad: Dureza:
Tenacida
d
Ductilidad Fragilidad
Maleabilida
d
Elasticida
d
Plasticidad

8. Propiedades mecánicas.
 Densidad: La densidad (símbolo ρ) es
una magnitud escalar referida a la cantidad
de masa contenida en un
determinado volumen de una sustancia.
La densidad media es la razón entre la masa
de un cuerpo y el volumen que ocupa. .
 Dureza: Es la oposición que ofrecen los
materiales a alteraciones como la penetración, la
abrasión, el rayado, la cortadura, las
deformaciones permanentes; entre otras.

9. Propiedades mecánicas.
 Tenacidad: es la resistencia que opone
un mineral u otro material a ser roto, molido,
doblado, desgarrado.
 Ductilidad: es una propiedad que presentan
algunos materialeslos cuales bajo la acción de
una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente
sin romperse,1 permitiendo
obtener alambres o hilos de dicho material.
 Fragilidad: capacidad de un material de
fracturarse con escasa deformación.

10. Propiedades mecánicas.
 Maleabilidad: Propiedad de un
material blando de adquirir una deformación
acuosa mediante
una descompresión sin romperse.
 Elasticidad: propiedad mecánica de ciertos
materiales de sufrir deformaciones reversibles
cuando se encuentran sujetos a la acción de
fuerzas exteriores y de recuperar la forma
original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

11. Propiedades mecánicas.
 Plasticidad: propiedad mecánica de un
material anelástico, natural, artificial, biológico o de otro
tipo, de deformarse permanente e irreversiblemente
cuando se encuentra sometido a tensiones por encima
de su rango elástico, es decir, por encima de su límite
elástico.
 Ejercicio 15 y 16 de pág. 213.

12. Propiedades térmicas
Temperatura
de fusión
Conductividad
térmica
Capacidad de
dilatación
Calor
específico

13. Propiedades térmicas.
 Temperatura de fusión: es la temperatura a la cual
se encuentra el equilibrio de fases sólido - líquido,
es decir la materia pasa de estado sólido aestado
líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de
fase ocurre a temperatura constante. El punto de
fusión es una propiedad intensiva.

14. Propiedades térmicas.
 Conductividad térmica: es una propiedad física de
los materiales que mide la capacidad de conducción
de calor. En otras palabras la conductividad térmica
es también la capacidad de una sustancia de
transferir la energía cinética de sus moléculas a
otras moléculas adyacentes o a substancias con las
que no está en contacto.
 Capacidad de dilatación. aumento
de longitud, volumen o alguna otra dimensión
métrica que sufre un cuerpo físico debido
al aumentode temperatura que se provoca en él por
cualquier medio.

15. Propiedades térmicas.
 Calor específico: magnitud física que se define
como la cantidad de calor que hay que suministrar a
la unidad de masa de una sustancia o sistema
termodinámico para elevar su temperatura en una
unidad (kelvin o grado Celsius).

16. Propiedades químicas
Resistencia
a la
corrosión

17. Propiedades químicas.
 Resistencia a la corrosión: La corrosión es una
reacción química (oxidorreducción) en la que
intervienen tres factores: la pieza manufacturada, el
ambiente y el agua, o por medio de una reacción
electroquímica.

18. Acústicas
Conductividad
del sonido

19. Propiedades acústicas.
 Aislamiento acústico. Aislar supone impedir que un
sonido penetre en un medio o que salga de él. Por
ello, para aislar, se usan tanto materiales
absorbentes, como materiales aislantes. Al incidir
la onda acústica sobre un elemento
constructivo, una parte de la energía se refleja, otra
se absorbe y otra se transmite al otro lado. El
aislamiento que ofrece el elemento es la diferencia
entre la energía incidente y la energía trasmitida, es
decir, equivale a la suma de la parte reflejada y la
parte absorbida.

20. Propiedades
ópticas
Color Transparencia
Reflectivida
d
Índice de
refacción
Brillo Fluorescencia
Capacidad de
polarización
de la luz

21. Propiedades ópticas.
 Color: es una percepción visual que se genera en
el cerebro de los humanos y otros animales al
interpretar las señales nerviosas que le envían
los fotorreceptores en la retina del ojo, que a su vez
interpretan y distinguen las distintas longitudes de
onda que captan de la parte visible del espectro
electromagnético (la luz).
 Transparencia:
Un material presenta transparencia cuando deja
pasar fácilmente la luz.
 Reflectividad: es la fracción
de radiación incidente reflejada por una superficie.

22. Propiedades ópticas.
 Índice de refracción: es una medida que
determina la reducción de la velocidad de la luz al
propagarse por un medio homogéneo.
 Brillo: es una propiedad física que describe la
manera en que la luz interactúa con la superficie de
una roca, cristal o mineral y se refleja en ella.
 Fluorescencia: es un tipo particular
de luminiscencia, que caracteriza a las sustancias
que son capaces de absorber energía en forma de
radiaciones electromagnéticas y luego emitir parte
de esa energía en forma de radiación
electromagnética de longitud de onda diferente.

23. Propiedades ópticas.
 Polarización de la luz: es un fenómeno que puede
producirse en las ondas electromagnéticas, como
la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en
un plano determinado, denominado plano de
polarización. Este plano puede definirse por dos
vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de
propagación de la onda y otro perpendicular a esa
misma dirección el cual indica la dirección del campo
eléctrico.

24. Propiedades ópticas.
Una onda electromagnética polarizada. Las
oscilaciones del campo eléctrico sólo se producen
en el plano del tiempo, son perpendiculares a las
oscilaciones del campo magnético, y ambas son
perpendiculares a la dirección de propagación de la
onda.

25. La materia prima
 Materia prima: materiales extraídos de la naturaleza
para fabricar productos.
Revolución industrial
Progreso tecnológico
Cantidades de materias necesarias exceden a las
posibilidades de extracción de algunas zonas del planeta.
Surgen problemas políticos, sociales, medioambientales
que llegan a cuestionar el propio progreso.

26. Los metales no están en estado puro en la
naturaleza.
 Para comprender el desarrollo tecnológico es
fundamental comprender el proceso por el que
obtenemos los metales.
 Con los metales se construyen la mayoría de las
herramientas y máquinas que utilizamos.

27. La mayoría de los
metales se
obtiene en la
naturaleza de los
minerales.
Un mineral es una
sustancia sólida,
compuesta que
se da
naturalmente en
la corteza
terrestre.

28. Mena es un mineral con interés económico por
contener suficiente cantidad de metal como
para ser explotado.

29. Sistemas de extracción de los metales.
 Los metales puros se obtiene por reducción a partir
de las menas correspondientes. Para realizar el
proceso se requiere calor o electricidad.
 Se calienta el mineral junto con carbono, el carbono
que es más reactivo desplaza al metal que queda
libre.
 Lectura de descubrimiento clave de la página 196.
 Ejercicio 17, 23 de pág. 214
 Video: la fundición del hierro

30. Reducción mediante calor
1º
• El carbón, el mineral de hierro y la caliza se
vierten en capas en el alto horno.
2º
• Con la combustión del carbón el hierro fundido
(más denso), se sitúa en el fondo del alto horno.
3º
• El hierro fundido se vierte en un convertidor, en
el que se puede introducir oxígeno.
4º
• El oxígeno quema parte del carbono y el hierro
se convierte en acero.

31. Electrólisis
 Dos electrodos, cátodo (-) y ánodo (+) se introducen
en el interior de una cuba electrolítica que contiene
disuelta la mena del metal y que conduce la
electricidad.
 El cátodo atrae a los iones metálicos y al cederles el
electrón se deposita sobre él el metal.
 El ánodo atrae a los iones del no metal que se
deposita sobre el electrodo.
 Ejercicio 18, 19 pág. 214
 Obtención de aluminio

32. El acero: mejores propiedades, herramientas
más específicas.
 El acero es una aleación de hierro y carbono que
según la proporción de carbono que contenga
cambia sus propiedades.
 El acero también se puede alear con otros metales
(Mo, Co, Mg, etc.) y adquiere entonces diferentes
propiedades.
 Observar tabla de la página 198
 Ejercicios 11, 12 de pág. 213, 20 pág. 214

33. El coltán: el precio de la materia prima
Coltán, apócope de
columbita ( óxido de
niobio, con hierro y
manganeso) y tantalita
(óxido de tántalo con
hierro y magnesio).

34. El niobio se usa en la
fabricación de imanes
indispensables para la
construcción de micromotores
como los de los discos duros y
de altavoces y auriculares cada
vez más potentes y precisos.

35. El tántalo se usa en la
fabricación de condensadores y
en las baterías recargables de
móviles, etc.
Son muy caros y en la RDC de
donde se extraen sólo ha
generado problemas.
 ¿Hay sangre en mi celular?

36. Natural y artificial
 La frontera entre los que es natural y artificial no es
fácil de establecer.
 Un material es artificial cuando la materia prima con
la que se fabrica proviene de otras sustancias o
materiales que, a su vez, han tenido un proceso de
elaboración a partir de otras sustancia o materiales.

37. Los plásticos
 Están constituidos por una gran variedad de
materiales que tienen en común su plasticidad,
propiedad que permite que se les de fácilmente la
forma que más convenga.

38. Están formados por moléculas complejas,
polímeros que resultan de la unión de
monómeros que pueden ser iguales o no. El
proceso de unión se llama polimerización.
Lectura del descubrimiento clave de la página
199

39. Cómo se clasifican los polímeros
 Clasificación basada en su utilidad industrial, es la
más habitual.
 Observación de la tabla de la página 200.
 Ejercicios 4 y 5 de pág. 200; 26, 27 de pág. 214

41. Clasificación de los plásticos
 01, PET/PETE: Polietilen teleftalato.
 02, PEAD/HPDE: Polietileno de alta densidad.
 03, PVC: Policloruro de vinilo
 04, PEBD/LDPE: Polietileno de baja densidad.
 05, PP: Polipropileno.
 06, PS: Poliestireno.
 07, O: Otros

42. Fabricación de papel Video
1º
• Se mezcla en agua a 200º C madera triturada, sosa
caústica, sulfato de sodio y carbonato de calcio.
2º
• La pulpa obtenida se blanquea usando cloro.
3º
• Se le añaden consolidantes, colas y productos como el
caolín que hacen que sea más resistente y manejable.
4º
• Se obtienen bobinas de papel por diferentes
procedimientos mecánicos.

43. Problemas asociados a la fabricación de
papel.
 Deforestación. En España 3 millones de m³ al año.
 Consume una enorme cantidad de agua para
separar la celulosa de la lignina.
 Contaminación de los ríos por el vertido de los
productos utilizados para el blanqueado.
 Enorme gasto energético. 4% de la energía
consumida en España.
 Ejercicio 37 de página 215

44. Soluciones
 Para la deforestación, madera procedente de
bosques cuya explotación está controlada, además
la plantación y tala de bosques controlados reduce
el dióxido de carbono de la atmósfera. Utilización de
materias primas diferentes de los árboles. Reciclado
de papel.
http://igi.fsc.org
/

45. Para el consumo
de agua.
Emplear ciclos
cerrados de
agua con
depuradoras
que extraen los
productos
químicos del
agua empleada.
Parámetros Rango
a) Con altos niveles de recirculación
pH 4,9 – 4,7
Conductividad (ms/cm) 3 – 11
DQO 4.500 – 22.000
DBO5 2.000 – 8.000
Sólidos en suspensión (mg/l) 4.500 – 23.000
Sólidos disueltos (mg/l) 1.000 – 10.000
Sulfatos (mg/l) 240 – 2.350
Cloruros (mg/l) 130 – 2.950
Sodio (mg/l) 100 – 800
Calcio 360 – 2.040
Magnesio 30 – 110
Hierro 0,1 -47
Aluminio 0,5 – 53
Colonias de microorganismos aerobios (106 col./ml) 100 – 300
Colonias de microorganismos anaerobios (106 col./ml) 15 – 950
b) Con bajos niveles de recirculación*
DQO 83 – 530
DBO5 46 – 284
Sólidos en suspensión (mg/l) 11 – 44,5
Sólidos en suspensión de 0,45 µm (mg/l) 102 – 124
Sólidos en suspensión en la primera hora µm (mg/l) 0 – 0,05
Cloruros (mg/l) 35,5 – 180
Composición del efluente acuoso de una fábrica Kraft (aguas blancas)
* a la salida de separación de fibras por sedimentación

46. Para la
energía
.
Recicla
r.

47. En el futuro
la tinta
electrónica y
el papel
electrónico
podrían
ayudar.
Ejercicio 6
de la página
202.

48. Nanotecnología
 Los nuevos materiales permiten:
 Abrir la puerta a objetos y procesos de producción
nuevos.
 Permiten mayor especialización.
 Son más respetuosos con el medio ambiente.
 Son más prácticos.

49. Nanociencia
 La nanociencia es el estudio de todos los aspectos
científicos a tamaño nanométrico.
 El microscopio de efecto túnel permite “ver” los
átomos y “cogerlos” para fabricar sustancias y
piezas de máquinas de tamaño atómico.
 Lectura de microscopio de efecto túnel de la página
203.
 Video: microscopio de efecto túnel
 Ejercicio 30 de pág. 214

50. El mundo del carbono.
 Los átomos de carbono se unen para formar redes
cristalinas, las propiedades varían según la forma
cristalina en que se encuentren. Se obtiene
estructuras tan dispares como el grafito o el
diamante.

51. Los compuestos de carbono
son muy versátiles, la fibra de
carbono es muy ligera y muy
resistente. La fibra de carbono
se utiliza en infinidad de
objetos.
Lectura del descubrimiento
clave de la página 204.
Ejercicio 13 de la página
213, 32 de pág. 215

52. Aplicaciones nanoscópicas, el futuro
inmediato: fulerenos.
 El fulereno es una molécula esférica formada por 60
átomos de C. Tiene muchas utilidades prácticas,
como la dispensación de medicamentos contenidos
en su interior.

53. De forma similar al fulereno se pueden
construir nanotubos. Si el nanotubo
contiene boro se convierte en un conductor
(nanocable) o en un semiconductor
(nanointerruptor). Pueden conducir la
electricidad sin pérdidas de energía. Sus
propiedades se están aplicando en las
pantallas de los móviles.

54. El futuro. La nanotecnología
 Nanotecnología: Ciencia aplicada que se dirige al
diseño, la fabricación y la aplicación de materiales y
aparatos a escala nanométrica.
 Estamos a punto de poder fabricar máquinas
capaces de depositar átomos de un elemento
particular justo en el sitio adecuado para que, junto
con otros, acaben formando una máquina de
tamaño microscópico.
 Lectura del descubrimiento clave de la página 206
 La nanotecnología

55. La nanotecnología una ciencia
multidisciplinar
 Abarca todas las disciplinas científicas.
 Es una ciencia que se encuentra dando sus
primeros pasos.
 Se compara su futuro desarrollo con el desarrollo
que experimentó la tecnología del silicio a finales del
siglo pasado y que desembocó en la tecnología
electrónica de la que disponemos.
 El poder de las personas

56. La nanotecnología una ciencia
multidisciplinar
 Se esperan las siguientes transformaciones:
 Nuevos sistemas de producción.
 Abaratamiento y rapidez en la producción de prototipos.
 Afecta a todas las industrias.
 Materias primas muy baratas.
 Transformación global, sin fronteras.
 El futuro de la nanotecnología.

57. La nanotecnología a nuestro alrededor.
 Batería flexible de nanotubos de carbono.
 LED. Estos necesitan mucha menos energía para
obtener la luz.
 Nanochips.
 Aplicaciones en medicina y farmacia. Las buckyballs.
 Aplicaciones a la industria textiles, tejidos que repelen
los líquidos y no se manchan.
 Aplicaciones a la arquitectura y urbanismo.
 Recubrimientos que protegen cristales y paredes de las
pintadas.
 Vidrios fotocrómicos.
 Cerámicas que repelen los líquidos, no se manchan.
 Ejercicios 34, 35, 36 y 39 de pág. 215

59. Referencias
 Resumen del tema 7 del libro de Ciencias para el
mundo contemporáneo de 1º de bachiller de la
editorial Santillana.
 Imágenes obtenidas de Wikipedia Commons.