manual de naturaleza de las cosas iii

Naturaleza de las Cosas III

Manual de referencia

Desarrollado por CORD Adaptado para el Instituto Politécnico Loyola-

Iniciativa Empresarial para la Educación Técnica República Dominicana

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Copyright © 2010 by CORD Waco, Texas USA Program Director and Chief Implementation Specialist: Agustin Navarra, Ph.D. Authors (at CORD): Bonnie Rinard, and Holly Doughty Technical Editors (Spanish language): Gladys G. Navarra and Agustin Navarra Production, art work and formatting: Mark Whitney and Kathy Kral COPYING AND DISTRIBUTION OF THIS MATERIAL ARE STRICTLY PROHIBITED BY LAW! Ownership of this instructional material is protected by international copyright laws. The text of this publication, or any part thereof, may not be copied, reproduced or transmitted in any form or by any means whatsoever—electronic or mechanical, including photocopying, recording, storage in an information retrieval system, or otherwise—without the express prior written permission of the publisher. Violators may be prosecuted to the full extent provided by law. This material has been copyrighted by CORD and is protected from illegal duplication and dissemination by international copyright law. Published and distributed by CORD COMMUNICATIONS, Inc. 601 Lake Air Drive, Suite E Waco, Texas 76710 USA 254-776-1822 ISBN 978-1-57837-587-8 Neither CORD nor CORD COMMUNICATIONS, Inc., assumes any liabilities with respect to the use of, or for damages resulting from the use of, any information, apparatus, method, or process described in this publication. For further information, contact:

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ÍNDICE

Objetivos Generales ........................................................................................................ 1

Unidad 3: Introducción a los Materiales Cerámicos ........................................................ 2

Capítulo1: Productos cerámicos .................................................................................. 4

Laboratorio 9: ¿Cómo medimos la porosidad de un ladrillo? ..................................... 14

Capítulo 2: Propiedades y características de los materiales cerámicos .................... 21

Laboratorio 10: Oxidemos el filamento de una bombilla ............................................ 29

Capítulo 3: Superconductores ................................................................................... 32

Capítulo 4: Enlaces y estructuras de los materiales cerámicos ................................. 36

Capítulo 5: Procesamiento y producción de materiales cerámicos ........................... 43

Capítulo 6: Procesamiento y elaboración del vidrio ................................................... 50

Laboratorio 11: Creamos una cuenta de vidrio .......................................................... 52

Laboratorio 12: Quebramos, doblamos y soplamos vidrio ......................................... 56

Capítulo 7: Degradación de materiales cerámicos .................................................... 60

Capítulo 8: Reciclaje de materiales cerámicos .......................................................... 61

Glosario ..................................................................................................................... 63

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Naturaleza de las Cosas III

OBJETIVOS GENERALES

Al término de este curso serás capaz de:

1. Relacionar usos de materiales con sus propiedades químicas y físicas.

2. Usar la tabla periódica para predecir cómo ciertos elementos pueden combinarse con otros.

3. Predecir las propiedades que se generen con el uso de diferentes procesos industriales físicos y químicos.

4. Evaluar los efectos de procesos industriales físicos y químicos usados para producir diversos materiales.

5. Evaluar el impacto del proceso de producción sobre la salud del trabajador y el ambiente.

6. Practicar métodos industriales de medición y prueba de materiales seleccionados.

7. Simular el proceso por el cual se diseña un producto en la industria, cumpliendo con normas para su adecuada viabilidad, relación con el medio ambiente y rentabilidad.

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UNIDAD 3: INTRODUCCIÓN A LOS MATERIALES CERÁMICOS

PIENSA UN POCO SOBRE ESTO

¿Por qué se usan metales en lugar de materiales cerámicos para hacer la carrocería de los automóviles?

¿Por qué la mayoría de los materiales cerámicos son aislantes?

¿Cómo fue posible la revolución en la electrónica?

¿Hasta dónde puede llegar la miniaturización de la electrónica?

OBJETIVOS

Al término de esta unidad serás capaz de:

1. Diferenciar los materiales cerámicos de otros materiales como son metales y polímeros en base a su estructura química y a sus propiedades.

2. Relacionar las diferencias estructurales con las respectivas diferencias en sus propiedades, al comparar cerámicos cristalinos y vítreos.

3. Investigar una aplicación de un cerámico en la tecnología moderna.

5. Explicar por qué es necesario controlar la atmósfera y la alta temperatura en los procesos de producción de los cerámicos.

6. Comparar la exactitud de dos métodos para determinar el volumen de un objeto.

7. Determinar la densidad de un líquido.

8. Recomendar qué tan poroso debe ser un ladrillo para una aplicación determinada.

HABILIDADES DE PROCESO

Durante el desarrollo de esta unidad vas a adquirir y mejorar las siguientes habilidades:

Observar los efectos de la oxidación-reducción en la elaboración de materiales cerámicos.

Observar los efectos de diferentes tasas de enfriamiento en la elaboración de materiales cerámicos.

Recolectar, organizar e interpretar grupos de datos.

Obtener conclusiones.

Observar propiedades y estructuras.

Experimentar con procesos de manufactura y fabricación.

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HABILIDADES DE MEDICIÓN

Durante el desarrollo de esta unidad vas a adquirir y mejorar las siguientes habilidades:

Medir pesos de sólidos y líquidos usando una balanza.

Medir el volumen de un líquido usando una probeta.

Medir el volumen de un líquido usando una pipeta.

Determinar la densidad de un líquido.

Usar una regla para medir longitud.

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Capítulo1: Productos cerámicos

Perfil laboral: Ingeniero en ventas

David es un ingeniero en ventas de una compañía que suministra materiales cerámicos. La compañía surte materiales cerámicos esenciales a fabricantes que usan cerámicos en sus productos, entre los cuales están los materiales cerámicos tradicionales como azulejos, retretes o escusados, ladrillos y cerámicos usados en la distribución de energía eléctrica y en industrias de electrónica. Buena parte del trabajo de David consiste en compartir información entre proveedores, es decir, las compañías que producen polvos cerámicos y productos químicos, y los fabricantes, o sea, las compañías que hacen productos con materiales cerámicos. Él nos da un ejemplo de cómo funciona esto. “Tengo varios clientes”, comienza, “que compran la frita a través de nuestra compañía. Frita es un tipo de cerámico vítreo en el que se pueden poner otros materiales que son menos estables o más difíciles de trabajar. Por ejemplo, un material llamado óxido de bario se usa en algunos materiales cerámicos, pero genera riesgos a la salud de los obreros a menos que se ponga en una frita”. David continúa: “he podido encontrar una frita de muy buena calidad y bajo precio, hecha en México. Las arcillas en esa área de México son más puras que la mayoría de las arcillas disponibles aquí, de manera que el proveedor de allí puede hacer una frita más pura que otros productores. Yo le comuniqué al productor mexicano la fórmula de la frita que quieren mis clientes”. Cuando le preguntaron por qué los mismos fabricantes no encuentran los productores de cerámicos, David explica que estar al día con el mercado de proveedores es una tarea muy grande, para la cual la mayoría de los fabricantes no tiene tiempo. Cuando busca productores, David tiene que evaluar la calidad de su producto y considerar si podrán proveer un suministro constante del material a un costo accesible para sus clientes. “A veces un fabricante me llama y dice: ‘estamos pensamos fabricar tal y tal producto, pero primero necesitamos saber si los materiales están disponibles a un costo razonable’. A continuación yo pregunto a los proveedores para obtener esta información”. David estudió la maestría de ingeniería en cerámicos y describe su posición en ventas como algo fuera de lo normal. Comenta: “la mayoría de los ingenieros en cerámicos trabajan para productores de cerámicos o fabricantes de productos cerámicos. Sin embargo existe la necesidad de alguien con mi experiencia en el área de ventas, ya que tengo que saber el idioma de los cerámicos y entender los procesos industriales. Tengo que poder trabajar y desarrollar fórmulas y hacer pruebas y ensayos de materiales. De hecho, algo de mi tiempo lo paso en el laboratorio, haciendo pruebas de fluidez en cerámicos vidriados, pruebas de viscosidad y verificando fórmulas de los fabricantes”.

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Actividad 3-1

Esta actividad prueba que una mantilla de farol se hace con un material cerámico. La mayoría de las mantillas está compuesta de óxido de itrio, el cual es un material que puede soportar temperaturas muy altas. Los faroles para acampar funcionan con combustible de hidrocarburo. Cuanta más temperatura se le agregue al material, éste va a emitir más luz. Muy pocos materiales de temperatura alta se pueden usar en las mantillas de farol. El material tiene que ser capaz de soportar temperatura alta y producir luz visible.

Precauciones de seguridad

Utiliza gafas de seguridad y guantes de cuero para realizar esta actividad.

Los faroles y su combustilble pueden ser muy peligrosos. Utiliza las técnicas de encendido adecuadas recomendadas por los fabricantes.

Demostración

Repartan el farol apagado y a temperatura ambiente. Analicen cómo funcionan el combustible y la mantilla.

Vayan pasando entre ustedes la mantilla (todavia en el interior de la bolsita de plástico). Hagan observaciones sobre las propiedades de la mantilla sin quemar.

Analicen la forma en que, cuando se enciende el farol, las fibras de rayón de la mantilla se encienden y consumen quedando sólo las cenizas del residuo cerámico.

Enciende el farol. Haz tus observaciones sobre las propiedades de la mantilla

Apaga el farol. Realiza observaciones sobre las propiedades de la mantilla.

Preguntas:

¿Cómo cambiaron las propiedades de la mantilla antes, durante y después de su uso?

¿Qué criterios usaron los ingenieros de materiales cuando seleccionaron el material para hacer mantillas de faroles?

Los materiales cerámicos son compuestos químicos que se hacen generalmente por cocción o procesando las materias primas a temperaturas altas. Los cerámicos tienen generalmente un punto de fusión alto, son resistentes al calor y son malos conductores de la electricidad.

Los cerámicos están entre los primeros materiales usados por el ser humano. Estos primeros cerámicos tenían forma de piedra natural o herramientas de hueso y

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arcilla. Los huesos se componen de fosfato de calcio, la piedra y la arcilla son principalmente de silicio y oxígeno, materiales que son abundantes y juntos forman casi el 75 % del material de la corteza terrestre, como vemos en la figura 3-1.

Figura 3-1 Composición de elementos en la corteza terrestre

Originalmente, las personas usaron estos materiales en su estado natural para hacer armas y herramientas de piedra. Poco a poco, ellos fueron aprendiendo a mejorar estos cerámicos naturales. Por ejemplo, los objetos de alfarería son de arcilla quemada y su uso data desde el año 4000 a.C. Otros productos de arcilla estructurales, como ladrillos, azulejos, tubería para alcantarillas, elementos sanitarios, se desarrollaron posteriormente.

En los últimos años, los científicos e ingenieros han aprendido a hacer nuevos tipos de materiales cerámicos que tienen propiedades potencialmente útiles. El desarrollo de muchos de estos materiales cerámicos ha revolucionado la tecnología moderna. Podemos citar a manera de ejemplo, los siguientes casos de aplicaciones de cerámicos en el mundo moderno: las computadoras super rápidas, los aparatos portátiles inalámbricos, las redes de comunicaciones con fibras ópticas, los implantes dentales y los reemplazos de caderas.

Materiales cerámicos tradicionales y avanzados

Los materiales cerámicos tradicionales se han usado por muchos años en productos de alfarería, ladrillos, azulejos, material sanitário, vajillas, porcelana, hormigón, abrasivos, refractarios y vidrio. En la figura 3-2 podemos ver algunos ejemplos de ellos.

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Figura 3-2 Materiales cerámicos tradicionales

La mayoría de estos se deriva de materiales naturales, como la arcilla. Los recientes desarrollos en la ciencia de los materiales han producido un término nuevo que es el de materiales cerámicos avanzados, ingenieriles o tecnológicos (en Japón se llaman cerámicos finos). Los avances en esta área de la ciencia de los materiales permiten a los ingenieros diseñar un material cerámico con las propiedades necesarias para un uso en particular. Podemos encontrar los nuevos usos de los materiales cerámicos en las industrias aeroespacial, automotriz y electrónica. Las propiedades de los materiales se controlan fabricándolos según una determinada composición química y microestructura interior. Esto ha sido posible gracias a los avances en los procedimientos de síntesis y procesamiento.

Los materiales cerámicos tradicionales provienen principalmente de materias primas formados mediante procesos simples. Los materiales cerámicos avanzados a menudo usan materias primas sintéticas y procesos complejos.

Los materiales cerámicos tradicionales tienen aplicaciones simples, pero los avanzados a menudo tienen requisitos muy exigentes. Por ejemplo, algunos materiales cerámicos avanzados usados en vehículos espaciales tienen que resistir temperaturas extremadamente altas y extremadamente bajas. (Las temperaturas durante el lanzamiento y la entrada a la atmósfera son muy calientes, sin embargo las temperaturas en el espacio exterior son muy frías.)

Podemos evaluar las propiedades de los materiales cerámicos tradicionales mediante instrumentos simples. En un material cerámico avanzado hacen falta instrumentos complejos para analizar la relación entre las propiedades y el ordenamiento de los átomos de un material cerámico.

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¿Qué materiales forman parte de los materiales cerámicos?

Los materiales cerámicos son compuestos químicos integrados por elementos metálicos y elementos no metálicos. Por ejemplo, la combinación de aluminio, es decir, un metal, con el oxígeno, que es no metal, produce el material cerámico óxido de aluminio (o alúmina). Podemos ver esta reacción en la ecuación 3-1.

4Al (s) + 3 O2(g) 2 Al2O3(S) (aluminio) (oxígeno) (óxido de

aluminio)

Ecuación 3-1

En la figura 3-3 vemos la tabla periódica. En ella los símbolos de los elementos metálicos aparecen sombreados. Los compuestos de cualquiera de estos elementos metálicos, con cualquiera de los elementos no metálicos (los no sombreados), como carbono, nitrógeno, oxígeno, flúor, fósforo o azufre, pueden producir un material cerámico.

A veces también podemos producir materiales cerámicos mediante combinaciones de elementos no metálicos. Por ejemplo, el hielo (H2O) y el carburo de silicio (SiC) son compuestos cerámicos hechos sólo con elementos no metálicos. Clasificamos como cerámicos a estos compuestos no metálicos porque sus propiedades son similares a las propiedades generales de otros cerámicos.

El término cerámico viene de la palabra griega ‘keramicos’ que significa “sustancia quemada”. Éste es un término apropiado porque obtiene muchas de sus propiedades luego de un proceso de alta temperatura que se llama cocción.

Productos producidos con materiales cerámicos avanzados

La amplia variedad de propiedades permite que los materiales cerámicos se usen de diversas maneras. Cada año se desarrollan muchos materiales cerámicos nuevos, para nuevos usos.

Los cerámicos avanzados tienen una amplia gama de aplicaciones en la tecnología moderna con propiedades y funciones específicas. En la tabla 3-1 podemos ver algunos ejemplos de funciones, con las correspondientes propiedades y aplicaciones.

Este tipo de materiales cerámicos se clasifica, de acuerdo a su aplicación, en dos subcategorías: funcional o estructural. Los materiales cerámicos funcionales son los que se usan para realizar una función específica en la electrónica, magnética, óptica, mecánica, nuclear, química, biológica, optoelectrónica o electromecánica; los estructurales son los que se usan en componentes estructurales como las partes de motores, válvulas, cojinetes o rodamientos, intercambiadores de calor (o termocambiador), herramientas de corte, o implantes de cadera.

Como vemos en la tabla 3-1, hay muchas aplicaciones de los cerámicos avanzados y su estudio está más allá de los objetivos de este capítulo. Aquí veremos dos de sus aplicaciones: sensores de oxígeno en automóviles, y materiales cerámicos usados como implantes en el cuerpo humano.

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Tabla 3-1. Funciones, propiedades y aplicaciones de materiales cerámicos avanzados*

Función Propiedades Ejemplos de

materiales cerámicosAplicaciones

Térmica Refractario, aislante, acumular calor, conductividad térmica

SiC, Si3N4, ZrO2, mullita (Al6Si2O13), cordierita (Mg2Al4Si5O18)

Revestimiento para horno industrial de alta temperatura, material de electrodo, disipador térmico para partes electrónicas

Mecánica Resistencia alta, resistencia al desgaste, expansión térmica baja, lubricación

WC, SiC, Al2O3, ZrO2, TiC, Si3N4, BN, SIALON, ZrO2 + Al2O3, Al2O3 + ZrO2, TiC + TiN, WC cubierto con TiC o BN, diamantes manufacturados

Herramientas y plantillas, abrasivos, aspas de turbinas, lubricantes sólidos, partes de instrumentos de precisión

Biológica Compatibilidad biológica

Fosfato de calcio, Zr(HPO4)2·H2O

Huesos y dientes artificiales

Química Catálisis SiO2, Al2O3 Soporte de catalizador fijo

Electrodos y electrolitos

TiS2, LiCoO2, Zr100–2xY2xO200–x

Acumuladores y pila de combustible

Transporte Zr100–2xY2xO200–x, MgCr2–xTixO4,

Sensores

Eléctrica Aislante eléctrico, conductividad eléctrica, semiconductividad, piezoelectricidad, dieléctricisdad

Al2O3, AlN, BeO, SiC, BaTiO3, SrTiO3, (Ni, Mn)3O4, KTaNbO3, BaTiO3, LiTaO3

Substrato de circuito integrado, elemento térmico de resistencia, sensor de resistor variable, filtro piezoeléctrico

Magnética Magnética Fe3O4, CrO2, Y3Fe5O12 Elementos de memoria

Óptica Condensación óptica, fluorescencia, translucidez, conductividad óptica

Al2O3, MgF2, ZnSe, SiC, LiNbO3, LiTaO3,

Rubí (Cr3+: Al2O3),

silicatos

Diodo de láser, diodo emisor de luz , porcelana translúcida resistente al calor, cable de comunicación óptica

Nuclear Resistencia a la radiación nuclear, refracción, resistencia a temperatura alta

SiC, Si3N4, ZrO2, mullita (Al6Si2O13), cordierita (Mg2Al4Si5O18)

Combustible nuclear, revestimiento del combustible nuclear, material de control, material moderador recubrimiento del reactor

* Adaptado de una ilustración desarrollada por la Oficina de Cerámicos Finos, Ministerio de Industria, Tokio, Japón.

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Materiales cerámicos usados para una función química: sensores de oxígeno

El sensor de oxígeno Zr100-xYxO200 se usa en dispositivos de control de motores de automóviles para reducir las emisiones y el consumo de combustible. Un óptimo control de la emisión y un ahorro de combustible se produce cuando la razón aire/combustible es de aproximadamente 15 a 1. El sensor de oxígeno en base de zirconio supervisa la razón y da una señal de retroalimentación al sistema de mando para ajustar la razón al punto de ajuste óptimo. En esta aplicación, se hace uso de la propiedad de conducción del ion óxido de Zr100-2xY2xO200-x. La substitución en el ZrO2 de una cantidad pequeña de iones de itrio por iones de zirconio, crea espacios vacíos de oxígeno para mantener una carga neutral. Por ejemplo, en un sensor de oxígeno típico, se sustituye aproximadamente el 20 % del zirconio con itrio, lo que da una fórmula de Zr80Y20O190 y da como resultado aproximadamente un 10 % de los espacios vacíos de oxígeno en el cerámico. Estos espacios vacíos permiten que los iones óxido se muevan por el cerámico para dar conductividad a los iones óxido.

Al sustituir el itrio del cerámico para cambiar las propiedades de éste (y por ende, las características de trabajo del sensor de oxígeno) es un buen ejemplo de cómo se diseñan los materiales cerámicos para tener propiedades específicas. A menudo, los ingenieros de materiales pueden cambiar el porcentaje de un elemento o un compuesto de un cerámico. Para hacer esto, deben calcular la nueva fórmula química del cerámico deseado. En la próxima activdad vas a poder practicar esto.

Actividad 3-2

En materiales cerámicos oxídicos, el zirconio, el itrio y el oxígeno se presentan como Zr4+, Y3+ y O2–. Supongamos que el 50 % del zirconio del ZrO2 se reemplaza con itrio. ¿Cómo sería la fórmula química para el nuevo material cerámico?

Empieza con una fórmula empírica de Zr100O200. Al reemplazar el 50 % de los iones de zirconio darían 50 iones de zirconio y 50 iones de itrio. La carga positiva total de los 100 iones es (50 4 + 50 3) = 350. Allí se necesita un oxígeno por cada dos cargas positivas para balancear la carga en la fórmula; para eso, debe haber (350/2) = 175 iones de oxígeno. La fórmula del material cerámico es Zr50Y50O175. Una fórmula generaI sería Zr100-2xY2xO200–x.

¿Cómo sería la fórmula de un material cerámico si el 40 % de los iones de zirconio de ZrO2 son reemplazados por iones de itrio? ¿Cuál sería la fórmula para cada uno de los siguientes reemplazos porcentuales de zirconio por itrio, 60 %, 30 %, 70 %, 80 %, 20 %?

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Materiales cerámicos usados en funciones biológicas: reemplazo de huesos y de la articulación de la cadera

La substancia cerámica natural llamada hidroxiapatita constituye aproximadamente el 75 % del peso de los huesos de un animal vertebrado; las fibras de proteína forman el otro 25 %. La hidroxiapatita reforzada con proteínas da como resultado huesos con varias propiedades importantes. Los huesos son fuertes, elásticos y resistentes al impacto. Por eso, podemos apoyar el peso de nuestros cuerpos y posibilitar el movimiento de nuestros miembros (brazos y piernas). Una función de los huesos es principalmente proteger ciertos órganos de nuestros cuerpos. ¿Qué órganos de tu cuerpo están protegidos por huesos?

La hidroxiapatita, en sí, es un material sin vida, es una matriz de varias sales, especialmente fosfato de calcio. Pero el hueso está vivo; contiene celulas vivas, sangre y una red de nervios. Cuando examinas la sección transversal de un hueso, puedes ver por lo menos dos regiones diferentes en él. Una de ellas es un tejido óseo con apariencia esponjosa que está cerca de los extremos de los huesos, que es donde estos tienen más presión. La otra es un tejido óseo compacto que se halla a lo largo del hueso y también rodeando las áreas esponjosas de los extremos. Estas áreas de hueso compacto son rígidas y no muy flexibles. Los huesos también contienen áreas de tejido conectivo blando llamado cartílago. A medida que vas creciendo, gran parte de los cartílagos de los huesos aumentan su contenido de fosfato de calcio y se endurecen hasta llegar a ser tejido óseo.

Hidroxiapatita sintética para reemplazo de huesos

Una hidroxiapatita casi idéntica a la que encontramos en los huesos se puede sintetizar en el laboratorio de forma económica. Por eso, su demanda es grande como biomaterial; es decir, una sustancia sin vida que se usa para tomar el lugar físico o reemplazar la función de los tejidos vivos. En aplicaciones de reconstrucción como la de la mandíbula, la hidroxiapatita ha probado ser biocompatible. Un material biocompatible es aquel que interactúa con el cuerpo de manera armoniosa.

Actividad 3-3

La fórmula química de la hidroxiapatita es: Ca5 (PO4)3OH.

En la tabla periódica encuentra el peso atómico de los elementos que forman la hidroxiapatita.

Luego, usando la fórmula química, calcula:

el porcentaje de calcio, fósforo, oxígeno, hidrógeno en un hueso;

la razón de calcio a fosforo en un hueso.

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Actividad 3-4

En las secciones previas vimos dos áreas específicas de aplicación de los materiales cerámicos. Consulta la tabla 3-1 y selecciona una de las aplicaciones para investigar. Supongamos que estás interesado en un trabajo de ventas de una compañía que hace materiales cerámicos para la aplicación que seleccionaste. Hiciste una cita para una entrevista que será dentro de dos días y sabes muy poco acerca del producto de la compañía.

Con la ayuda de diccionarios técnicos y/o enciclopedias, investiga las propiedades que son más críticas para esta aplicación y también la forma en que se hace el producto. Escribe un breve informe en tu cuaderno, en el que explicas lo que averiguaste acerca del producto.

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Laboratorio 9: ¿Cómo medimos la porosidad de un ladrillo?

ASPECTOS

GENERALES Introducción

David, el ingeniero en ventas de materiales cerámicos que vimos al principio este capítulo, suministra materiales a muchos fabricantes de productos cerámicos. Muchos fabricantes de ladrillos están entre sus clientes. Él explica que aunque se han hecho ladrillos durante miles de años, todavía hoy se necesita una cierta especialización técnica para satisfacer las demandas del cliente.

“Dentro de las características que analizamos de los ladrillos, está la porosidad, ya que en función de ella se puede saber en qué tipo de medioambiente se puede utilizar cierto ladrillo”, dice David.

“Si por ejemplo, un ladrillo es demasiado poroso, absorberá un porcentaje alto de agua. En un lugar con clima frío el agua dentro de los poros del ladrillo se congelará y después se descongelará. Este ciclo congelamiento-descongelamiento debilita al ladrillo”.

“Para determinar la capacidad de un ladrillo para absorber agua, en el laboratorio se pesa un ladrillo, luego se introduce en un recipiente con agua hirviendo y se le deja ahí toda la noche; al dia siguiente se retira del recipiente, se seca el exceso de agua, y se le pesa de nuevo. El aumento de peso indica la cantidad de agua que absorbió el mismo. Ésta es una prueba sencilla, pero muy importante.

Propósito

En esta actividad de laboratorio vas a medir la porosidad de un ladrillo (o block) de construcción.

Objetivos

Al término de esta actividad de laboratorio serás capaz de:

Comparar la exactitud de dos métodos para determinar el volumen de un objeto.

Determinar la densidad de un líquido. Recomendar qué tan poroso debe ser un ladrillo para una

aplicación dada.

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Habilidades requeridas

Para realizar esta actividad necesitas mostrar tu desempeño en el uso de las siguientes habilidades:

Medir pesos de sólidos y líquidos usando una balanza.

Medir el volumen de un líquido usando una probeta.

Materiales y equipamiento necesarios

Ladrillos de construcción no vidriados con un espesor menor de 4 cm, o tejas de arcilla o barro sin acabado

Pedazo de tiza o gis Balanza de brazo triple Cesto o canasta de alambre Tenazas de metal

Baño de aceite mineral Botella de aceite mineral Cubeta o balde para aceite mineral Probeta de 10 ml Probeta de plástico de 500 ml Toallas de papel Papel periódico Pedazo de tela que no suelte pelusa

Comentario preliminar

Una propiedad general de los materiales cerámicos es que son porosos (ver figura L9-1). Esta propiedad es importante en la aplicación de materiales, como los ladrillos, que algunas veces están expuestos a un ambiente severo. Si se somete un ladrillo mojado a temperaturas muy bajas, se forma hielo en los poros. Cuando el ladrillo se descongela, el hielo se distribuye cuando se derrite. Este ciclo congelamiento-descongelamiento debilita la estructura de los materiales cerámicos.

Figura L9-1 Poros de un ladrillo

Hay sustancias distintas al agua que pueden penetrar en el material cerámico y reaccionar químicamente de tal manera que ya no pueda usarse de nuevo. En algunos casos, una capa protectora

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(vidrio o esmalte) puede prevenir la absorción de sustancias no deseadas. Pero el vidriado de ciertos materiales como los ladrillos, los harían demasiado caros para su uso en la construcción.

La porosidad es la medida de cuán poroso es un material cerámico. Por lo general, lo que le interesa a un diseñador cerámico es saber el porcentaje de poros abiertos en el volumen total de un material (ver figura L9-1). Esta característica se llama porosidad aparente. Para determinarla, un técnico en cerámicos necesita saber el volumen del ladrillo y el volumen de todos sus poros abiertos.

Hay dos razones por las cuales esta porosidad aparente no puede ser medida directamente. Primero, materiales como los ladrillos tienen miles de diminutos poros abiertos cuyos volúmenes sería imposible de medir manualmente. Segundo, es difícil medir en forma precisa el volumen de un objeto, en este caso un ladrillo cuya superficie es muy rugosa, conociendo sus dimensiones externas. En cambio, esto se hace al sumergir dichos objetos en un líquido, y luego se mide el cambio en el peso o en la altura del líquido en la columna.

En esta actividad de laboratorio probarás la porosidad de diferentes tipos de ladrillos.

Instrucciones de seguridad Si derramas aceite en el piso, trata de limpiarlo en seguida

con toallas de papel, para que nadie se resbale y se haga daño.

PROCEDIMIENTO

DE TRABAJO Método

Ponte el delantal de laboratorio y las gafas de seguridad. Parte A: Determinación del volumen de poros abiertos de un ladrillo

Primer día

1. Consigue varios ladrillos de diferentes tipos. Con la tiza, haz una pequeña marca en cada uno de ellos. Anota esta marca en la columna 1 de la Tabla de datos.

2. Pesa cada uno de los ladrillos en la balanza de brazo triple. Anota el peso de cada ladrillo en la columna 2 de la tabla.

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3. Después de que hayas pesado los ladrillos, usa las tenazas para poner cada uno de ellos en el baño de aceite mineral. Asegúrate que todo el ladrillo esté cubierto por el aceite.

4. Deja que los ladrillos absorban el aceite durante toda la noche.

5. Determina la densidad del aceite mineral haciendo lo siguiente:

Coloca una probeta de 10 ml en la bandeja de la balanza y pésala. Anota este peso en tu cuaderno.

Retira la probeta de la balanza y llénala con 10 ml de aceite mineral.

Seca el exterior de la probeta y deja que el aceite se estabilice. Agrega (o saca) aceite si el nivel es mayor que (o menor que) 10 ml y sécalo nuevamente.

Pon de nuevo la probeta con aceite en la bandeja de la balanza y vuelve a pesarla. Anota este peso en tu cuaderno.

Realiza los cálculos A, y anota el resultado en la columna 4 de la tabla.

Segundo día

6. Coloca toallas de papel o periódicos en la mesa del laboratorio. Usando las tenazas, saca el ladrillo del baño de aceite mineral y colócalo sobre las toallas de papel. Limpia todas las superficies del ladrillo con el pedazo de tela seca.

7. Coloca una toalla de papel en la bandeja de la balanza y tara la balanza. Coloca el ladrillo limpio en la bandeja y pésalo. Anota este peso como peso saturado en la columna 3 de la tabla. Realiza los cálculos B.

Parte B: Método de desplazamiento para determinar el volumen del ladrillo

8. Llena una probeta de plástico de 500 ml con 250 ml de aceite mineral. Sosteniendo la probeta a un cierto ángulo, deja que uno de los ladrillos resbale suavemente en el aceite y caiga hasta el fondo de la probeta. Lee el nuevo nivel de aceite en la probeta. Anota este nivel en tu cuaderno. Haz los cálculos C.

9. Con la ayuda de las tenazas, quita el ladrillo de la probeta y regrésalo al baño de aceite mineral.

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10. Repite los pasos A 6 y7, y B 8 y 9 con cada ladrillo que pesaste en la parte A. Cuando hayas terminado con todos ellos realiza los cálculos D para cada uno de los ladrillos.

Parte C: Método de determinación del volumen del ladrillo

11. Con las tenazas y una toalla de papel, traslada el ladrillo desde el baño de aceite mineral al cesto de alambre.

12. Baja el cesto con el ladrillo hasta que se sumerga completamente en el aceite. Asegúrate que el cesto cuelgue libremente de sus apoyos y no toque el fondo o los lados del balde, para que el aceite tenga acceso “libre” en todas las direcciones del ladrillo.

13. Equilibra la balanza y anota este peso en tu cuaderno. Tu profesor te dará el peso del cesto. Realiza el cálculo E. Anota el peso sumergido del ladrillo en la columna 5 de la tabla.

14. Con las tenazas y una toalla de papel, quita el ladrillo del cesto y retórnalo al baño de aceite mineral.

15. Repite los pasos C 11 a 14 con cada ladrillo que quede y fue probado en las partes A y B. Realiza los cálculos F y G.

Instrucciones de limpieza

Lava las probetas, tenazas y mesas del laboratorio con agua y jabón.

Saca los ladrillos del aceite, sécalos y colócalos sobre las toallas de papel.

Observaciones y recolección de datos

Tabla de datos

Número del

ladrillo

Peso del ladrillo seco

Peso del ladrillo saturado

Densidad del aceite

Peso del ladrillo

sumergido

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Calculos

A. Determina la densidad del aceite mineral con la fórmula siguiente:

Densidad del aceite

(g/ml) =

masa del aceite y del cilindro (g) - masa del cilindro vacio (g)

volumen del aceite en el cilindro (ml)

B. Determina el volumen de los poros abiertos con la fórmula siguiente:

Volumen de poros abiertos

(ml) =

peso del ladrillo saturado (g) - peso del ladrillo seco (g)

densidad del aceite (g/ml)

C. Determina el volumen de aceite desplazado por el ladrillo con la fórmula siguiente:

Volumen desplazado

(ml) = nivel final del aceite (ml) – nivel inicial del aceite (ml)

¿Cómo se relaciona este volumen desplazado con el volumen total del ladrillo? Anota el volumen total del ladrillo aquí: ________

D. Determina la porosidad aparente del ladrillo usando la fórmula siguiente:

Porcentaje de porosidad aparente

= volumen de los poros abiertos (ml)

volumen en total× 100 %

E. Determina el peso del ladrillo sumergido usando la fórmula que está a continuación:

Peso del ladrillo sumergido (g)

= peso total del ladrillo y del cesto (g) – peso del cesto (g)

F. Determina el volumen total del ladrillo usando la fórmula siguiente:

Volumen total (ml) = peso saturado (g) - peso sumergido (g)

densidad del aceite (g/ml)

G. Determina de nuevo la porosidad aparente del ladrillo usando el volumen total que obtuviste en el cálculo F.

RESUMEN Conclusiones

1. En cada parte de la actividad de laboratorio (A, B y C), explica por qué es necesario que el ladrillo se sature con aceite antes de que se tomen las medidas.

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2. Explica los pasos realizados para calcular la densidad del aceite mineral en la parte A.

3. Compara el porcentaje de porosidad que se obtuvo en la parte B (cálculo D) con la que se obtuvo en la parte C (cálculo G). ¿Cuál método de medición es más preciso? Explica.

4. ¿Cuál de las muestras de ladrillo sería más adecuado para usar durante todo el año en donde tú vives?

Desafío

5. ¿Por qué se usó aceite en lugar de agua para remojar el ladrillo en la parte A?

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Capítulo 2: Propiedades y características de los materiales

cerámicos

Perfil laboral: Investigador

El Dr. León es profesor de una universidad importante. Imparte cursos de ciencia de los materiales e ingeniería. También realiza investigación en el área de los materiales cerámicos. Enseña a sus estudiantes sobre síntesis, procesamiento, caracterización química y mediciones de las propiedades de los materiales cerámicos. Uno de sus intereses investigatorios principales, es entender la relación que existe entre las estructuras cristalinas y las propiedades de los materiales cerámicos. Señala: “los materiales cerámicos presentan una amplia gama de propiedades útiles que pueden ser controladas mediante el ordenamiento de los átomos del cerámico, es decir, la estructura cristalina, y la naturaleza de la interacción entre los átomos”. El Dr. León toma el ejemplo más simple, el carbono, y habla acerca de su importancia. “El carbono aparece principalmente de dos formas diferentes: el valioso diamante y el grafito, que es relativamente más barato. Estas dos formas tienen propiedades muy diferentes. El diamante es duro y pobre conductor de la electricidad comparado con el grafito que es blando y buen conductor. Estas diferencias provienen directamente de las diferencias en el ordenamiento de los átomos de carbono en ambos materiales”. Continúa diciendo: “Una síntesis de laboratorio innovadora ha llevado al descubrimiento reciente de una tercera forma de carbono llamado fullereno o fulereno cuya forma molecular es similar a la forma de una pelota de fútbol”. El Dr. León enfatiza que es importante entender, por ejemplo, por qué ciertos cerámicos son superconductores mientras otros son aislantes. Agrega: “Se necesita un conocimiente profundo de la química y física de los cerámicos para hallar las respuestas a estas preguntas”. Más adelante explica: “Una comprensión de la relación entre la estructura y las propiedades, es la clave para diseñar los materiales nuevos que puedan ejecutar funciones específicas de la ingeniería”. El Dr. León añade: “La síntesis y las condiciones de procesamiento que uno emplea son igualmente importantes para controlar las propiedades y el desempeño de los materiales cerámicos. El tamaño de la partícula juega un papel importante en las propiedades de los cerámicos. Los cerámicos con partículas cuyo tamaño es de algunos nanómetros (1 nanómetro = 10-9 metro), se llaman cerámicos de nanofase (algunos autores les llaman cerámicos nanofase), y presentan propiedades extraordinarias, que de otra manera, son inalcanzables con materiales cerámicos convencionales. El proceso de sol-gel es una técnica nueva para obtener cerámicos de nanofase”. El Dr.León y sus estudiantes trabajan en la síntesis y procesamiento de varios cerámicos de nanofase y materiales compuestos de

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cermets, tecnológicamente importantes. Otra área de interés del Dr. León es identificar materiales cerámicos que se puedan usar como electrodos en acumuladores de litio recargables. A continuación explica: “Los acumuladores de litio son livianos y atractivos para dispositivos portátiles, pero la reactividad del metal litio con el electrolito ha obstaculizado el desarrollo de acumuladores de litio recargables comercialmente disponibles”. Él es optimista de que los cerámicos con inserción de litio, como litio implantado en carbono, proporcionarán una solución a este problema.

Los cerámicos no son siempre compuestos simples hechos de un metal y un no metal o de dos no metales. Algunos cerámicos son simples como el carburo de silicio; pero, también pueden ser muy complejos como el superconductor Tl2Ba2Ca2Cu3O10, que es un compuesto con cuatro metales y el oxígeno que es no metal. Algunos de los cerámicos más útiles no sólo tienen fórmulas complejas, sino que la razón de átomos puede variar dandoles propiedades un poco diferentes. Por ejemplo, el SIALON es un cerámico ingenieril fuerte y duro, está hecho de silicio, aluminio, oxígeno y nitrógeno; su fórmula general es: Si100–x AlxO200–x Nx, en la que x representa el porcentaje variable (por composición atómica) de silicio reemplazado por aluminio en el material cerámico.

Actividad 3-5

Una muestra de SIALON tiene 12 % de átomos de aluminio en reemplazo del silicio. ¿Cómo escribirías la fórmula de este material cerámico SIALON?

Escribe fórmulas de SIALON con los siguientes porcentajes de aluminio: 8 %, 10 %, 14 %, 16 %.

Compara tu fórmula con las fórmulas de otros compañeros de tu clase. Comenta cualquier diferencia y lleguen a un acuerdo con una sola fórmula.

Como clase, analiza el nombre SIALON. ¿De dónde obtiene su nombre este material cerámico?

Las propiedades de los materiales se determinan por su aplicabilidad para cumplir una función en particular. Estas propiedades también establecen:

cuánto tiempo durará el material en un cierto uso;

cómo se comportará el material bajo condiciones adversas;

cómo resistirá el material ciertos productos químicos corrosivos;

cómo resistirá el material las altas temperaturas.

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¿Cómo se diferencian los materiales cerámicos de los metales?

Los materiales cerámicos tienen propiedades muy diferentes a las de los metales. Sus propiedades mecánicas, eléctricas, magnéticas y químicas difieren de las de los metales. Para dar un ejemplo de cómo difieren, comparemos el metal aluminio con su correspondiente cerámico, el óxido de aluminio (Al0O3). El óxido de aluminio es químicamente estable en una gran variedad de condiciones, pero el aluminio (Al) no lo es; el aluminio se oxidaría y convertiría en óxido de aluminio a altas temperaturas, y se corroería en presencia de ácidos o bases. El óxido del aluminio tiene un punto de fusión de 2020 oC (3668 F) y puede resistir temperaturas muy altas, pero el aluminio no, cuyo punto de fusión es de 660 oC (1220 F). Las propiedades del óxido de aluminio lo hacen un material popular por su resistencia el calor, o por ser refractario. Se usa extensamente en la construcción de hornos de alta temperatura y de recipientes para la síntesis de otros materiales cerámicos.

Diferencias mecánicas

Después de saber las ventajas del óxido de aluminio, nos podríamos preguntar, ¿por qué no lo usamos en lugar de aluminio en los motores de los automóviles? La respuesta a esta pregunta es que hay diferencias en las propiedades mecánicas de ambos. La ductilidad y maleabilidad de los metales permiten que los estiremos, presionemos o doblemos mediante la aplicación de fuerzas de tracción, compresión o de flexión. La ductilidad permite que el metal resista cargas impulsivas bastante severas sin romperse. Por contraste, los materiales cerámicos como el óxido de aluminio son quebradizos. A menudo se rompen bajo presión en lugar de doblarse. La presencia, en los cerámicos, de iones cargados positiva y negativamente, no les permite doblarse o deformarse de la manera en que lo hacen los metales.

Otra razón por la que los cerámicos tienden a romperse, tiene que ver con su porosidad (los cerámicos tienen poros o aberturas). Los poros y otros defectos microscópicos se forman durante su proceso de elaboración. Cuando se concentran fuerzas en el área de una falla o abertura, la consecuencia suele ser la rotura. Esta tendencia a quebrarse (fragilidad) es la mayor limitación al uso de cerámicos en ciertas aplicaciones. Se han desarrollado nuevas técnicas en los procesos de producción de cerámicos para aumentar su resistencia y superar estas limitaciones.

Diferencias eléctricas

Los materiales cerámicos son también diferentes eléctricamente de los metales. Estos últimos son buenos conductores de la electricidad, sin embargo, los cerámicos son generalmente pobres conductores (por eso son buenos aislantes) de la electricidad. Por ejemplo, con ayuda de la tabla 3-2 puedes comparar la resistividad eléctrica del metal aluminio y del material cerámico óxido de aluminio, ambas expresadas en ohms. (Resistividad es la oposición al flujo de electrones en un centímetro de material.) El aluminio tiene una resistividad de 10–6 ohm/cm a temperatura ambiente, mientras que la del óxido de aluminio es 1014 ohm/cm. La diferencia en el comportamiento eléctrico surge principalmente por la diferencia en los

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enlaces químicos de los dos materiales. El aluminio tiene enlaces metálicos, por lo cual sus electrones en el orbital exterior no están fijos a ningún átomo de aluminio y se les llama electrones “libres”. Estos se mueven fácilmente bajo la influencia de un campo eléctrico, lo que da como resultado una buena conductividad eléctrica. Por el contrario, el material cerámico óxido de aluminio tiene enlaces iónicos, por lo cual los electrones del orbital exterior del átomo de aluminio se han transferido al oxígeno para dar iones de aluminio e iones de óxido. Estos electrones están fuertemente enlazados al oxígeno y al aluminio y son incapaces de moverse fácilmente bajo la influencia de un campo eléctrico.

Tabla 3-2. Comparación de las propiedades de dos metales y sus óxidos

Propiedad Renio

Re (metal)

Óxido de renio ReO3

(material cerámico)

Aluminio Al (metal)

Óxido de aluminio Al2O3

(material cerámico)

Reactividad Reacciona con ácidos oxidantes

Oxidado por HNO3 en

HReO4

Oxidado facilmente en Al2O3.

Reacciona con ácidos y bases

Estable químicamente

Punto de fusión

3180 C (5756 F)

Descompone a 400 C (752 F)

660 C (1220 F)

2020 C (3668 F)

Mecánica Dúctil Quebradizo Dúctil y malleable

Quebradizo

Resistividad eléctrica

10–4 ohm/cm Conductor

10–6 ohm/cm Conductor

10–6 ohm/cm a temperatura ambiente Conductor

1014 ohm/cm a temperatura ambiente Aislante

La tabla 3-2 resume algunas de las propiedades de los metales aluminio y renio, y de los materiales cerámicos óxido de aluminio y óxido de renio. En ella podemos observar que el cerámico Al2O3 es químicamente más estable, se funde a temperatura más alta, es aislante eléctrico y es quebradizo. El metal aluminio no es químicamente estable, se funde a temperatura más baja, es conductor eléctrico, además de ser maleable y dúctil.

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Actividad 3-6

Eres un fabricante que necesita un material para recubrir el interior de un horno; dicho material va a estar expuesto a una temperatura de 850 oC (1562 F) y debe ser aislante eléctrico. Analiza la tabla 3-2 y escoge un material para esta aplicación.

¿Qué material escogerías si la aplicación requiriera de un conductor eléctrico para funcionar a una temperatura de 250 oC (482 F)?

No pienses que porque el óxido de aluminio es un aislante, todos los materiales cerámicos lo son. Algunos cerámicos tienen una conductividad eléctrica similar a la de los metales.

Otros materiales cerámicos son semiconductores. Por lo que es necesario considerar cada material cerámico individualmente para determinar si es aislante, semiconductor, conductor o superconductor.

Magnetismo de los materiales cerámicos

Un electrón gira alrededor de su eje además de orbitar alrededor del núcleo. Se puede comparar esta rotación con una corriente que se mueve en una trayectoria circular muy pequeña, lo que puede generar un campo magnético. El movimiento orbital del electrón alrededor del núcleo también genera un campo magnético. El campo magnético del movimiento orbital se llama momento magnético orbital; el del espín de electrón se llama momento magnético de espín.

El espín del electrón puede estar orientado de tal manera que el momento magnético puede ser “alto” o “bajo”. En el diagrama de la configuración electrónica que está en la figura 3-4, y corresponde al átomo de nitrógeno, el “espín alto” se representa con una flecha hacia arriba y el “espín bajo” se representa con una flecha hacia abajo. En dicha figura, las notaciones 1s, 2s y 2p representan diferentes regiones del espacio u orbitales donde los electrones tienen diferentes valores de energía.

Los electrones del orbital 1s tienen la energía menor, los del orbital 2s son los electrones del segundo nivel más bajo de energía y los del orbital 2p son los electrones de mayor energía de un átomo de nitrógeno dentro de los electrones de energía más baja posible. Observa que hay tres orbitales 2p, los cuales representan tres regiones del espacio donde los electrones que las ocupan tienen igual energía. Los electrones de los diferentes tipos de orbitales, s ó p en el caso del nitrógeno (recordando que orbitales d y f también son posibles), tienen momentos magnéticos orbitales diferentes.

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Figura 3-4 Diagrama de configuración electrónica del átomo de nitrógeno (principio de exclusión de Pauli)

Cuando los átomos de un material como el neón tienen sus orbitales completamente llenos de electrones, todo ellos están emparejados, por lo que se cancelan mutuamente los movimientos orbital y de espín y no tiene movimiento magnético neto. Cuando estos átomos se colocan en un campo magnético, son rechazados por ambos polos del campo y se alínean perpendicularmente a las líneas de fuerza. Estos materiales se llaman diamagnéticos.

Cuando los átomos de un material tienen electrones no apareados, el material puede tener un momento magnético neto. Estos materiales son atraídos hacia un campo magnético y se llaman paramagnéticos; en este tipo de materiales, los momentos magnéticos individuales se orientan al azar a temperaturas por arriba de los 0oK debido a la agitación térmica. De cualquier modo, en presencia de un campo magnético, los momentos tienden a alinearse paralelamente al campo magnético aplicado. En algunos materiales, los momentos magnéticos de los átomos individuales se alínean de una cierta manera en ausencia de un campo magnético incluso a temperaturas substancialmente superiores a los 0oK. Hay tres posibilidades diferentes de ordenamiento tal como lo vemos en la figura 3-5.

Ferromagnetismo: todos los espines se alínean paralelos unos a otros.

Antiferromagnetismo: los espines se alínean en direcciones opuestas y en cantidades iguales.

Ferrimagnetismo: los espines se alínean en direcciones opuestas, pero en cantidades desiguales.

A temperaturas altas, se pierde el ordenamiento debido a la agitación térmica y los materiales llegan a ser paramagnéticos.

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Figura 3-5 Momentos magnéticos individuales de diferentes tipos de materiales

Los materiales cerámicos antiferromagnéticos no tienen un momento magnético neto ni tienen aplicaciones magnéticas. Los cerámicos ferromagnéticos y ferrimagnéticos tienen momentos magnéticos netos y son tecnológicamente útiles. Por ejemplo el CrO2 es un cerámico ferromagnético y el Fe3O4 es ferrimagnético. Ambos se usan como revestimiento en medios magnéticos de grabación tales como cintas de audio, cintas de video, discos de computadora e cables cerámicos conductores que soportan altas temperaturas.

Materiales cerámicos dieléctricos

Cuando se aplica un campo eléctrico a un material aislante, puede haber una separación de cargas eléctricas positivas y negativas para formar lo que se llama un dipolo eléctrico. Estos materiales se llaman materiales dieléctricos y la formación de un dipolo eléctrico se llama polarización. En algunos aislantes cerámicos, pueden existir dipolos eléctricos permanentes a nivel molecular o atómico como vemos en la figura 3-6. Estos dipolos eléctricos se pueden orientar al azar, a temperaturas por encima de los 0oK debido a la agitación térmica, como en el caso del paramagnetismo en donde los momentos magnéticos también se orientan al azar. En presencia de un campo eléctrico, los dipolos tenderán a alinearse de forma paralela al campo magnético aplicado.

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Figura 3-6 Representación de dipolos de un cristal

En algunos cerámicos, los dipolos eléctricos pueden alinearse en la misma dirección, inclusive en ausencia de un campo eléctrico, como en el ferromagnetismo, para crear un cerámico ferroeléctrico. El BaTiO3 es un cerámico ferroeléctrico a temperaturas por debajo de los 120 oC (248 oF).

En otros cerámicos, puede generarse polarización cuando el cerámico se deforma por presión. Esto se llama piezoelectricidad, que quiere decir electricidad por presión. Los PbZrO3 y NH4H2PO4 son cerámicos piezoeléctricos.

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Laboratorio 10: Oxidemos el filamento de una bombilla

ASPECTOS

GENERALES Propósito* En esta actividad de laboratorio vamos a experimentar la

oxidación de un metal que forma un material cerámico al exponer el filamento de una bombilla al aire.

Objetivos


Entender y explicar el propósito de la envoltura y filamento de una bombilla.

Entender y explicar los cambios que pasan en las propiedades de un filamento de tungsteno cuando se expone al aire.



Observar los efectos de la oxidación.

Observar las propiedades y estructura.

Recolectar datos.


Materiales y equipmiento necesarios

Bombillas (de base estándar de 110 volts) Careta de seguridad con pantalla Enchufe y receptáculo con clavija de 110 volts Diagrama de una bombilla de luz hecha por el

profesor Martillo

Agua Delantal de laboratorio Guantes de cuero Corta vidrios o lima Toalla Gafas de seguridad

* La información seleccionada para esta actividad de laboratorio ha sido modificada de su fuente original y usada con permiso de Pacific Northwest National Laboratory.

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El filamento de una bombilla (o foco de luz) está hecho de tungsteno. Este tipo de filamento puede alcanzar una temperatura de hasta 2500 C, lo que le permite que tenga un brillo incandescente. Cuando se elabora una bombilla, se produce una cubierta de vidrio para prevenir que el filamento de tunstegno se oxide. Si la electricidad fluye a través del filamento sin dicha cobertura, éste se va a oxidar en presencia del oxígeno.

Instrucciones de seguridad Ponte las gafas de seguridad para proteger tus ojos de

objetos punzantes.

Asegúrate de usar guantes de cuero para protegerte de una cortadurta con pedazos de vidrio.

Se cuidadoso cuando estés trabajando con la electricidad. Trata de seguir de forma cuidadosa las instrucciones.

PROCEDIMIENTO

DE TRABAJO Método

Ponte el delantal de laboratorio y las gafas de seguridad.

1. Realiza el diagrama de una bombilla y analiza la terminología y sus partes.

2. Con mucho cuidado retira el bulbo de cristal (envoltura) de la lámpara utilizando uno de los siguientes métodos.

A. Usa una lima de vidrio para ir lijando alrededor de la base del bulbo; luego golpea suavemente lo que quedo marcado para ir rompiendo el bulbo.

B. Cubre el bulbo con una toalla y con el martillo golpea suavemente la cubierta de vidrio para quebrar solamente la cubierta.

3. Identifica las partes expuestas de la bombilla de vidrio.

4. Observa el filamento de tungsteno. Observa su color y flexibilidad.

5. Con cuidado atornilla el casquillo de la bombilla a la base (con el enchufe desconectado). Nota de seguridad: Asegúrate de que el enchufe esté desconectado para evitar una descarga eléctrica.

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6. Una vez que colocaste la bombilla en la base, alejate de ellos. Conecta el dispositivo a un tomacorriente. Observa el filamento sin acercarte mucho y mantén tus manos alejadas para evitar la descarga electrica.

7. Desconecta el dispositivo, con cuidado retira la base del enchufe. Observa lo que queda del filamento y anota tus observaciones en tu cuaderno.

Instructiones de limpieza

Con cuidado coloca los pedazos de vidrio roto en un recipiente para ese tipo de material.

Asegúrate que no hay más pedazos de vidrio en el área de laboratorio donde trabajaste.

Utiliza algún cepillo y un recogedor para limpiar con cuidado todos los pedazos de vidrio del laboratorio.

Regresa el equipamiento y los materiales a sus lugares respectivos.

Cálculos

No es necesario realizar calculos en esta actividad de laboratorio.


1. ¿Por qué es la cobertura de vidrio un componente importante de una bombilla?

2. ¿Qué pasa con el filamento de tungsteno cuando queda expuesto al aire? ¿Qué nombre recibe este proceso?

3. ¿Cuáles son los cambios que observas en el filamento, cuando la electricidad estaba fluyendo a través del mismo, y estaba expuesto al aire?

Desafío

4. ¿Qué otros elementos se podrían usar como filamento de una bombilla? ¿Por qué?

5. Compara esta actividad de laboratorio con la demostración de mantilla de cerámico. ¿Por qué la mantilla del farol se puede quemar en el aire, pero no los filamentos de la bombilla?

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Capítulo 3: Superconductores

Propiedades especiales de los superconductores

Algunos materiales pierden toda su resistencia eléctrica por debajo de una cierta temperatura. Estos materiales se llaman superconductores. La temperatura a partir de la cual pasan a ser superconductores se llama temperatura crítica o TC. Por encima de la TC, el material tiene conductividad eléctrica similar a los conductores. En la figura 3-7 vemos la relación entre resistividad y temperatura.

Figura 3-7 Cambio que produce la temperatura en la resistividad de los aislantes, conductores y superconductores

Como hemos visto, los superconductores presentan una conducta peculiar en presencia de un campo magnético. En la figura 3-8 vemos la comparación entre el comportamiento de un superconductor y un no superconductor en presencia de un imán pequeño. El campo magnético puede penetrar en el metal del no superconductor y el imán sólo descansa sobre el no superconductor por la fuerza de gravedad. Por el contrario, el campo magnético no penetra en un superconductor, sino que, el campo magnético de cambio induce una corriente en el superconductor. Esta corriente no encuentra ninguna resistencia eléctrica y por eso sigue circulando. El campo magnético de la corriente se opone el campo magnético del imán. Esto hace que el imán parezca flotar por encima del superconductor. Esto se observó por primera vez en 1933 por un científico de apellido Meissner y se llamó el efecto Meissner.

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Figura 3-8 Interacciones magnéticas con no superconductores no magnéticos y superconductores

¿Cómo difiere la corriente de un superconductor de la de corriente no superconductor? Tres físicos: John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer, dieron una respuesta a esta pregunta en 1957. Su respuesta se llamó la teoría BCS que establece que a temperaturas suficientemente bajas, los electrones se acoplan e interactúan de una manera cooperativa, sin chocar con otros átomos o electrones.

El conductor normal es similar a una muchedumbre desorganizada, donde cada individuo se mueve independientemente. Aún cuando los individuos de la muchedumbre se muevan en la misma dirección, hay muchos empujones y colisiones, lo que hace que el movimiento sea lento. El superconductor es similar a un ejército marchando al paso. Esto es, hay movimiento de un grupo grande, el cual es rápido y eficiente porque todos los individuos van al paso. Vemos esta idea en la figura 3-9.

Figura 3-9 Movimiento de electrones de una corriente no superconductora y una corriente superconductora

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La teoría BCS ayuda a explicar la superconductividad a temperaturas muy frías. El desarrollo reciente de los superconductores a temperaturas más cálidas es difícil de explicar a la luz de esta teoría. Los físicos todavía buscan una explicación mejor para la conducta de la superconductividad “cálida”.

¿Qué es lo importante de los materiales cerámicos superconductores?

Hasta 1986, la temperatura crítica más alta conocida era alrededor de 20 oK y los únicos materiales superconductores conocidos eran los metales y sus aleaciones. En 1987 se observó superconductividad a una temperatura más alta, de 93 oK en el cerámico YBa2Cu3O7. Esta temperatura es aproximadamente 180 oC (324 oF) por debajo del punto de congelación del agua, pero aproximadamente 16 oC (29 oF) por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido, como lo vemos en la figura 3-10. El descubrimiento de la superconductividad a temperaturas más cálidas permite usar nitrógeno líquido más barato como refrigerante, en lugar del helio líquido que es más caro. Esto reduce el costo de las aplicaciones prácticas de los superconductores.

Figura 3-10 Comparación de escalas de temperatura

El descubrimiento de la temperatura de superconductividad del nitrógeno líquido estimuló la investigación en los laboratorios de todo el mundo. Como resultado de este esfuerzo de investigación intensivo, una temperatura crítica (TC), de sólo 125 oK es posible en el cerámico Tl2Ba2Ca2Cu3O10. Actualmente, la investigación se enfoca en el aumento de la TC y en aplicaciones revolucionarias de estos superconductores cerámicos. Algunas aplicaciones futuras de estos materiales cerámicos superconductores son:

Almacenamiento de potencia eléctrica y transmisión sin pérdida de energía por resistividad;

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Imanes superconductores, generadores o motores eléctricos para generar potencia;

Trenes magnéticamente levitados que puedan desarrollar velocidades de más de 300 millas por hora;

Computadoras ultrarrápidas que puedan realizar billones de cálculos por segundo;

Imagen por resonancia magnética (IRM) para ver el cuerpo humano por medios no invasivos.

Actividad 3-7 Elige una de las aplicaciones anticipadas de los materiales cerámicos

superconductores de la lista anterior.

Con la ayuda de la Internet o la biblioteca, trata de encontrar alguna investigación que se esté realizando sobre esta aplicación. Resume tus hallazgos en tu cuaderno.

¿Cuál crees que es el papel del ingeniero en el proceso de desarrollo de estas aplicaciones anticipadas? ¿Qué importancia tiene la investigación y la innovación en la ciencia de los materiales, en el progreso de estas tecnologías?

Comparte los hallazgos de tu investigación y tus respuestas con tus compañeros de clase.

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Capítulo 4: Enlaces y estructuras de los materiales cerámicos

¿Cuáles son los tipos de enlaces de los materiales cerámicos?

Los tipos principales de enlaces de los materiales cerámicos son iónicos y covalentes.

Enlaces iónico y covalente

El enlace iónico es la unión entre átomos que tienen una gran diferencia de electronegatividad. La electronegatividad es la tendencia de un átomo a aceptar otros electrones. En un enlace iónico, el átomo con la mayor electronegatividad gana un electrón y se convierte en un anión (ion negativo). El átomo con la menor electronegatividad pierde un electrón y se transforma en un catión (ion positivo).

En el caso de un enlace iónico, los aniones y cationes de un cristal ocupan posiciones específicas. La carga negativa del anión es atraída por las cargas positivas de todos los cationes que las rodean. Al mismo tiempo, la carga negativa del anión es rechazada por las cargas negativas de todos los aniones alrededor de él. Por eso, en un cristal, el anión estará más cerca de los cationes circundantes que de los aniones circunvecinos. Lo mismo pasa con los cationes, es decir, estarán más cerca de los aniones que de los cationes circundantes. Vemos esto en la figura 3-11. Las esferas más grandes representan el anión o ion cloruro y las esferas más pequeñas representan al catión o ion sodio. Además observa que el vecino más cercano de cada ion cloruro es un ion sodio (los vecinos más cercanos son los átomos contiguos que están en cualquiera de las tres líneas rectas que pasan por cada átomo). También, observa que los vecinos más cercanos de cada ion sodio son iones cloruro.

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Figura 3-11 Estructura del cristal de cloruro de sodio

En los enlaces iónicos, los elementos se localizan alrededor de los aniones. Como los electrones están localizados, los materiales que están enlazados por enlaces iónicos no conducen electricidad en estado sólido. La atracción de cargas opuestas y la repulsión de cargas similares hacen que ambos, aniones y cationes, queden fijos en las posiciones lattice (o también llamadas redes tridimensionales). Esto origina que los materiales sean quebradizos si son duros, o se desmenucen si son blandos. Los materiales iónicos no son maleables ni dúctiles.

¿Qué es enlace covalente? El enlace covalente es el enlace entre dos átomos no metales de aproximadamente igual electronegatividad. Los electrones son compartidos igualmente entre los dos átomos. En un enlace covalente, los electrones se localizan entre los dos átomos. Los materiales covalentemente enlazados no conducen electricidad. Sin embargo, según la naturaleza de las moléculas, bajo ciertas condiciones, estos materiales pueden ser dúctiles o maleables.

Porcentaje de carácter iónico

La mayoría de las veces, los enlaces de los materiales cerámicos son una combinación de enlaces iónicos y covalentes. Podemos calcular el porcentaje de carácter iónico de un enlace basándonos en las electronegatividades de los átomos enlazados. En la tabla 3-3 hay una relación del porcentaje de carácter iónico de varios compuestos y las electronegatividades de los elementos enlazados.

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Tabla 3-3 Carácter iónico

Compuesto

Primer

elemento

Electronega-tividad del

primer elemento

Segundo elemento

Electronega-tividad del segundo elemento

Diferencia en electronega-

tividad

Porcentaje de carácter

iónico

Floruro de cesio

Cesio 0.82 Flúor 4.00 –3.18 92.02

Floruro de potasio

Potasio 0.84 Flúor 4.00 –3.16 91.76

Cloruro de sodio

Sodio 0.96 Cloro 3.00 –2.04 64.67

Óxido de aluminio

Aluminio 1.63 Oxígeno 3.37 –1.74 53.09

Nitruro de silicio

Silicio 1.94 Nitrógeno 2.81 –0.87 17.24

Carburo de silicio

Silicio 1.94 Carbono 2.56 –0.62 9.16

Diamante Carbono 2.56 Carbono 2.56 0.00 0.00

¿Qué es lo que averiguamos al determinar el carácter iónico de un compuesto? El carácter iónico proporciona información importante acerca de las fuerzas de atracción coulombianas entre los átomos del compuesto. Las fuerzas coulombianas son las fuerzas de atracción entre cargas positivas y cargas negativas. Un compuesto como el nitruro de silicio es principalmente covalente, pero tiene un 17.24 % de carácter iónico. Esto significa que es levemente polar (tiene una separación de cargas de un extremo de la molécula al otro). Por ejemplo, su leve polaridad significa que las fuerzas de atracción coulombianas entre el silicio y los átomos de nitrógeno son un poco más fuertes que entre los átomos de carbono de un diamante. El diamante tiene un enlace covalente puro. ¿Cómo compararías ese enlace con el enlace del fluoruro de potasio.

Materiales cerámicos cristalinos y no cristalinos

Los átomos de los materiales cerámicos están ordenados de una manera específica. Su ordenamiento, es decir, su microestructura, toma alguna de las siguientes dos formas: cristalina o amorfa (no cristalina). Cada una de estas dos microestructuras le da propiedades muy diferentes al material. Para algunos usos de los cerámicos, es necesaria una microestructura cristalina, para otros se requiere un ordenamiento amorfo.

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Actividad 3-8

Consigue cien canicas y una caja plástica transparente. Cada canica representa un átomo de un cristal. Coloca una capa de canicas en la caja de plástico. Llama a esta capa “a”. Ordena las canicas para colocar la mayor cantidad de ellas en esta capa. Localiza los espacios vacíos triangulares y márcalos con las letras A (fíjate en la figura 3-12).

Agrega una segunda capa por encima de la primera. Llama a esta capa “b”. ¿Puedes cubrir todos los espacios vacíos, que llamamos A, con una sola capa?

Agrega una tercera capa por encima de la segunda. Si cubres los espacios vacíos de la capa “a” que no fueron cubiertos por la segunda capa, marca esta tercera capa con una letra “c”. Este ordenamiento se llama “…abcabcabc...”. Si no cubres los espacios vacíos que no se cubrieron con la segunda capa, es decir, si la proyección de la tercera capa coincide con la primera, el ordenamiento es un “...abababa…”.

Luego de hablarlo con la clase, planea un método de medir el espacio ocupado por las canicas y el espacio vacío, de cada ordenamiento. Un equipo posible de usar es una probeta y agua. A manera de proyecto, determina qué ordenamiento “...abcabcabc...” o “...abababab...” es el más eficaz para llenar el espacio.

Como hemos visto, los átomos de los materiales cerámicos se ordenan de una manera específica. En el cristal de cloruro de sodio (o cloruro sódico), los iones cloruro forman un empaquetamiento compacto con secuencia de capas tipo “…abcabcabc...”. Este ordenamiento de capas se llama empaquetamiento cúbico compacto o CCP, por sus siglas en inglés, (ver figura 3-12). Cuando las capas siguen la secuencia “...abababab...”, el ordenamiento se llama empaquetamiento hexagonal compacto o HCP, por sus siglas en inglés. Un tipo de espacio vacío en el ordenamiento CCP aparece rodeado de seis esferas, todas a una distancia igual del centro del espacio vacío en un ordenamiento octaédrico, como vemos en la figura 3-11a. En el caso del cloruro de sodio, este espacio vacío es ocupado por un ion sodio. Éste le da la estructura al cristal de cloruro de sodio, como lo vemos en la figura 3-11b. Este ordenamiento de átomos se repite para todas las partes del cristal, dándole al cristal de cloruro de sodio lo que se llama orden de largo alcance. Ese tipo de material se llama cerámico cristalino.

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Figura 3-12 Capas de átomos de un ordenamiento tipo empaquetamiento cúbico compacto

Figura 3-13 Geometría del cristal de cloruro de sodio

En algunos materiales cerámicos, el ordenamiento regular de átomos puede durar sólo una corta distancia (orden de corto alcance). Dichos cerámicos pueden no tener una estructura repetida de largo alcance, y reciben el nombre de cerámicos no cristalinos o amorfos. Por ejemplo, veamos en la figura 3-14, la diferencia entre el SiO2 cristalino y el SiO2 no cristalino. En el caso del SiO2 cristalino (figura 3-14a), existe para todas las partes del material un orden regular, repetitivo, de largo alcance. En el caso

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del SiO2 no cristalino (figura 3-14b), cada átomo de Si está rodeado por el mismo número de átomos de oxígeno, pero las variaciones en el ángulo de enlace O-Si-O causan una pérdida del orden de largo alcance. El vidrio es otro término para este tipo de material cerámico amorfo o no cristalino. El vidrio de una ventana transparente tiene esta forma de SiO2. Figura 3-14 Representación de formas cristalina y de vidrio del SiO2

¿Cómo difieren en su formación los materiales cristalinos y los de vidrio?

Los materiales cristalinos y los de vidrio difieren en su formación. La figura 3 15 representa el cambio del estado sólido al líquido, de dos materiales, durante el enfriamiento y el cambio de líquido a sólido. Después de que el vidrio se enfría, su densidad (masa por unidad de volumen) aumenta gradualmente. El vidrio fundido llega a ser más y más viscoso (lento para fluir) hasta que finalmente llega a ser un sólido. Algo muy diferente pasa con el material cristalino cuando se enfría. Cuando llega a una cierta temperatura, se solidifica en forma rápida y su densidad aumenta mucho.

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Figura 3-15 Gráfico de la relación entre densidad versus temperatura de los materiales cristalinos y de vidrio

Las personas que trabajan haciendo materiales cristalinos y de vidrio controlan cuidadosamente cada aspecto del proceso de calentamiento y enfriamiento para lograr un material con la microestructura que ellos quieren.

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Capítulo 5: Procesamiento y producción de materiales cerámicos

Perfil laboral: Técnico en materiales cerámicos

Aída es una técnica en materiales cerámicos de una compañía que fabrica instrumentos electrónicos. Ella produce un material cerámico en forma de polvo. Trabajando de acuerdo a las características técnicas del material que le da un supervisor ingeniero en materiales, Aída guarda archivos detallados, incluyendo microfotografías, de todos sus procedimientos en el laboratorio. La tarea principal de Aída consiste en mezclar los elementos básicos para hacer el cerámico con agua, ciertos ácidos y otros productos químicos. Después de hacer la mezcla, la somete a un “quemado en sucio”, que es un proceso de calentamiento que remueve impurezas. Luego muele esa mezcla purificada hasta lograr un polvo fino. Mezclar y purificar este primer lote de polvo constituye el primer paso. Después ella debe probar el polvo para determinar si tiene materiales no deseados, y mejorar así la próxima mezcla en función del resultado de estas pruebas. Luego prueba la nueva mezcla para verificar sus propiedades eléctricas y continúa hasta que haya producido un lote con las propiedades requeridas. El trabajo de Aída requiere que use equipos especializados como autoclaves (un dispositivo para esterilizar), microscopio con una cámara integrada, horno especializado, moledoras y pulidoras, para nombrar algunos de ellos. Ella ha estado trabajando en el laboratorio durante más de diez años y ha llegado a ser muy hábil y experimentada en sus tareas. Tiene un diploma de la escuela secundaria y tiene buena capacidad tanto de lectura como de matemáticas. La mayoría de sus habilidades y conocimientos los adquirió durante sus 26 años de experiencia en la compañía. Sin embargo, ella recomienda que si una persona quiere ser técnico en materiales cerámicos debe tener por lo menos un año de Química inorgánica en una institución de nivel superior (de preferencia más de un año).

Los productos cerámicos tradicionales se fabrican procesando materias primas naturales como arcillas y piedras. Por otro lado, los cerámicos avanzados requieren una composición y una estructura controladas, y se sintetizan usualmente en laboratorios usando materias primas artificiales.

¿Cómo se hacen los productos cerámicos?

La síntesis en el laboratorio de los cerámicos a menudo requiere reacciones químicas entre dos sólidos. Por ejemplo, el cerámico SiC proviene de la reacción de

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sílice (SiO2) y coque (C) a una temperatura alta ininterrumpida (1500 oC) durante varias horas en una atmósfera que no sea oxidante como la del argón.

SiO2 (s) + 3C (s) SiC (s) + 2CO (g)

(sílice) (coque [carbono])

(carburode silicio)

(monóxido de carbono)

Ecuación 3-2

El cerámico superconductor complejo YBa2Cu3O7 se hace a 950 oC (1742 oF), en aire, con la siguiente reacción:

2Y2O3 + 8BaCO3 + 12CuO + O2 4YBa2Cu3O7 + 8CO2

(óxido de itrio)

(carbonato de bario)

(óxido de cobre)

(oxígeno) (cerámico superconductor)

(monóxido de

carbono)

Ecuación 3-3

¿Qué es lo que podemos observar en estos dos ejemplos de reacciones? Ambas requieren temperaturas altas. Una requiere una atmósfera especial que no sea oxidante mientras que la otra puede hacerse en aire. Podrías preguntarte ¿por qué son necesarias temperaturas altas y (en el caso del carburo de silicio) una atmósfera controlada?

¿Por qué algunos materiales cerámicos requieren temperaturas muy altas y tiempos de reacción más largos?

La respuesta a esta pregunta se relaciona con el movimiento de átomos y moléculas. Difusión, es el movimiento neto de átomos o moléculas en respuesta a diferencias en las concentraciones, es comúnmente lenta en sólidos. Las materias primas de cerámicos usualmente se componen de partículas de aproximadamente 10–5 metros de diámetro como vemos en la figura 3-16. Cada partícula consta de aproximadamente 100 000 átomos o moléculas. Las reacciones químicas entre partículas de materias primas requieren que la difusión tenga lugar a distancias relativamente largas. Sin embargo, en un sólido aun a temperaturas altas, la difusión a la distancia necesaria es difícil de alcanzar. Otra manera de superar el problema de la difusión lenta es incrementar los tiempos de reacción.

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Figura 3-16 Comparación del tamaño de partículas en reacciones de fase sólida

¿Por qué algunos cerámicos requieren control atmosférico?

La respuesta a esta pregunta acerca de la atmósfera se relaciona con el estado de oxidación deseado del producto. Si el producto deseado es un cerámico no oxídico tal como el SiC, una atmósfera de aire no sería apropiada. El oxígeno del aire oxidaría a los átomos de silicio y de carbono. Para eso, se debe usar una atmósfera inerte: el gas argón. Si el producto deseado es altamente oxidable, una atmósfera de aire es adecuada. En el caso del superconductor YBa2Cu3O7, el aire suministra el oxígeno necesario en la reacción.

Las siguientes generalizaciones son útiles:

Las síntesis de los cerámicos oxídicos, donde el metal va a estar muy oxidado, se llevan a cabo en el aire, como en el caso del óxido férrico Fe3O4. Sin embargo, si se necesita un estado de oxidación más bajo, como en el caso del óxido ferroso (FeO), se debe usar una atmósfera que no sea oxidante.

Los cerámicos no oxídicos, tales como carburos, siliciuros, nitruros, fosfuros, sulfuros y seleniuros, generalmente necesitan una atmósfera que no sea oxidante.

Nuevos enfoques sobre síntesis cerámica

Los procesos de molienda y calentamiento repetidos usados en la producción de cerámicos industriales son tediosos, por eso se están desarrollando métodos nuevos. Un ejemplo es la fabricación del sensor de oxígeno Zr100-2xY2xO200-x. La síntesis convencional requeriría mezclar polvos de ZrO2 e Y2O3 y calentarlos a temperaturas altas (mayores que l000 oC o 1832 oF) con molienda repetida. Pero, se puede hacer a temperatura mucho más baja (menor que 800 oC o 1472 oF) con tiempos de cocción más cortos, con una técnica basada en una solución llamada proceso de sol-gel. En la figura 3-17, vemos este proceso.

El proceso de sol-gel funciona de la siguiente forma: cuando se agrega hidróxido amónico a una solución de Zr4+ e Y3+, las partículas sólidas de hidróxido de zirconio e hidróxido de itrio precipitan simultáneamente en la solución. El precipitado es una mezcla homogénea de hidróxido de zirconio e hidróxido de itrio. Este proceso hace que

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la mezcla de partículas de ZrO2 e Y2O3 sea mucho más fina. (Vemos la diferencia de escala en la figura 3-16a y la 3-16b representa los polvos de la síntesis de sol-gel. Las partículas individuales son aproximadamente de 10-8 metros (10 nanómetros) de diámetro y se llaman materiales de nanofase (1 nanómetro es igual a 10-9 metros).

Las distancias que las moléculas deben viajar, en la reacción, antes de que puedan reaccionar (llamada longitud de difusión) en materiales de nanofase, se reduce aproximadamente 1000 veces. Esta reducción en la longitud de difusión da como resultado un tiempo de reacción más corto y una temperatura más baja. El proceso de sol-gel también ayuda a fabricar el cerámico y a mejorar su fuerza y otras propiedades.

Figua 3-17 Proceso sol-gel del Zr100–2xY2xO200–x

Varias técnicas nuevas se han desarrollado para la síntesis de cerámicos, incluyendo una síntesis en fase vapor con lásers y pirólisis (cambios químicos mediante calor) de precursores de los polímeros. Por ejemplo la pirólisis del polímero polisilano (ver figura 3-18) da origen al cerámico SiC.

Figura 3-18 Unidad de monómero o polímero polisilano

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¿Cómo se le da forma a los materiales cerámicos?

Anteriormente vimos procesos de conformado de metales y aleaciones. La elaboración de metales se hace generalmente vertiendo el metal fundido en un molde. El mismo procedimiento de fundición no se puede aplicar a los cerámicos porque la mayoría de ellos se descomponen al acercarse a la temperatura de fusión. Las formas de los cerámicos se obtienen mediante otras técnicas llamadas generalmente de moldeado en crudo o en verde. Dentro de las técnicas de formado en crudo, el uso de una en particular depende de la forma a obtenerse, de la naturaleza del cerámico a fabricarse, de la propiedad que se necesita y del costo de producción. En la figura 3-19 vemos la sucesión de pasos en el procesamiento de la mayoría de los materiales cerámicos.

Figura 3-19 Conformado de un material cerámico

Procesamiento de polvos cerámicos

Muchas formas cerámicas se hacen con polvos químicamente sintetizados o polvos derivados de materiales que se obtienen de la naturaleza.

El tamaño de la partícula es un parámetro importante en el procesamiento del polvo cerámico, y el tamaño deseado de la misma se alcanza generalmente con procedimientos de trituración y molienda. Los polvos al principio requieren algunos tratamientos previos para que luego puedan fluir. El tipo de tratamiento depende del tipo de proceso y del material. Los plastificadores orgánicos, aglutinantes, lubricantes, defloculantes, agentes humectantes (de mojado) y sinterizadores (que es un tipo de tratamiento térmico), se adicionan a menudo al polvo en esta fase. Cada uno de estos aditivos tiene funciones especiales.

Formado en crudo

El formado o conformado en crudo o en verde es un término que se usa para referir las técnicas para formar un material cerámico. Como vimos anteriormente, las técnicas de conformado incluyen: prensado de polvo, moldeado o colaje de barbotina, moldeo en láminas, extrusión y moldeo por inyección. El resultado del proceso de formado en crudo es una pieza cerámica conformada llamada “pieza o cuerpo crudo o en verde”, el cual pasa posteriormente por otros procesos.

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Actividad 3-9

Dividir la clase en equipos.

Cada uno de los equipos va a investigar una de las técnicas de conformado en crudo. Tu profesor te dará las descripciones generales de dichas técnicas de manera que tendrás información previa y una lista de compañías de cerámicos. En el trabajo de investigación será necesario obtener más información, ir a la biblioteca, consultar en el Internet, o hacer una visita a empresas locales, si es posible.

Cada equipo debe hacer una presentación a la clase que describa la técnica correspondiente. Usa diagramas, folletos de la compañía, o demostraciones con ejemplos para reforzar tu presentación oral.

Eliminación de aditivos

Los materiales orgánicos agregados al polvo durante su etapa de procesamiento se eliminan de la pieza cruda mediante un adecuado procedimiento de cocción. Durante este proceso se debe tener mucho cuidado al manipular el cuerpo crudo para evitar cualquier daño.

Densificación

El cuerpo crudo formado es inusualmente poroso (tiene aberturas o poros), y puede no tener una resistencia adecuada. El proceso de remoción de la porosidad se llama densificación. Para obtener la resistencia requerida podemos usar alguno de los siguientes métodos: sinterización, prensado uniaxial en caliente, prensado o compactación isostático en caliente (HIP por sus siglas en inglés).

La sinterización es el calentamiento a temperaturas altas del cuerpo poroso crudo. La difusión reforzada a temperaturas altas elimina la porosidad y lleva a la densificación. La reducción de la superficie del cuerpo crudo durante la sinterización produce una reducción de la energía libre de la superficie. Las formas en crudo que son pequeñas en tamaño tienen una superficie mayor y, para eso, se sinterizan a temperaturas mucho más bajas y tiempos más cortos. Las formas que se crearon con polvos finos usualmente dan una densificación más alta y una mayor resistencia. Las síntesis químicas de los polvos juegan un papel importante en este aspecto. La sinterización puede ocurrir por difusión en estado sólido (sinterización de estado sólido), o en estado líquido (sinterización de fase líquida).

La sinterización de fase líquida es más rápida que la del estado sólido. En los cerámicos más avanzados, la que ocurre es la sinterización de estado sólido. En algunos casos, una fase líquida intermedia puede formarse mediante la reacción entre los polvos iniciales y la fase líquida puede ayudar al proceso de sinterización.

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En el prensado uniaxial en caliente, se aplica presión al cuerpo verde (o cuerpo en crudo) en un troquel a temperaturas altas. La combinación de presión y temperatura altas refuerza la difusión y por ende el proceso de sinterización.

El prensado uniaxial en caliente puede ser mono o bidireccional. En el caso de la compactación isostática en caliente, la presión se aplica de forma uniforme en todas direcciones a temperaturas elevadas.

Maquinado final

Después del proceso de densificación, la pieza cerámica está lista para un maquinado final: el corte y acabado de la superficie. El maquinado final asegura que se logren las dimensiones precisas y el acabado satisfactorio de las superficies. La pieza formada en esta fase va a ser fuerte y tiene bastante resistencia para soportar las fuerzas del maquinado. La alta dureza de los cerámicos hace necesario el uso de herramientas de diamante duro para el maquinado y hace que este proceso pueda llegar a ser caro.

Control de calidad

Finalmente, se somete la pieza cerámica a una serie de pruebas para evaluar sus propiedades y funcionamiento. El tipo de prueba depende de la aplicación para la cual fue hecha la pieza cerámica. Las piezas son sometidas a menudo a pruebas no destructivas para descubrir si existe algún defecto en la superficie o grietas. La presencia de defectos microscópicos puede reducir la resistencia de la pieza cerámica. El uso de rayos X es una técnica comúnmente utilizada para el control de calidad de los cerámicos.

Elaboración de semiconductores Uno de los usos más difundidos de los materiales cerámicos son los

semiconductores para la industria electrónica. Estos materiales se fabrican bajo condiciones controladas de forma cuidadosa para obtener los productos deseados. DRAFT

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Capítulo 6: Procesamiento y elaboración del vidrio

¿Cómo se hacen y fabrican los vitrocerámicos?

Los vitrocerámicos son materiales cerámicos avanzados que combinan propiedades de los materiales cerámicos cristalinos con las de los vidrios. La mayoría de los productos de vidrio comerciales contienen SiO2 y otros óxidos tales como CaO, Na2O, Al2O3 y B2O3. Los vitrocerámicos se obtienen al calentar las materias primas a temperaturas superiores a la temperatura de fusión y enfriando rápido la mezcla a temperatura ambiente. Se logra una buena homogeneidad del vidrio mediante una completa fusión y mezcla uniforme de la materia prima. El SiO2 forma el vidrio fácilmente por las razones siguientes: los enlaces polares del SiO2 son fuertes y direccionales y de esa forma la red tridimensional de enlaces de Si-O no se rompe fácilmente ni cambia de forma con el enfriamiento.

Los vitrocerámicos se fabrican mediante prensado, soplado, estirado y métodos de formación de fibra. El método de prensado se usa para fabricar piezas relativamente gruesas, como platos y vajillas. El estirado se usa para formar piezas largas como varillas, tuberías y fibras.

El recocido (ciclos repetitivos de calentamiento y enfriamiento) de la mayoría de los vitrocerámicos a temperaturas más altas puede causar la transformación de un estado no cristalino a uno cristalino. Este proceso se llama desvitrificación, y tiende a evitarse este proceso porque el vidrio desvitrificado no es transparente. También la transformación de una estructura no cristalina en una cristalina se acompaña de un cambio de volumen, que introduciría tensiones y debilitaría el material.

Productos de vidrio especializados

Vidrio de borosilicato

El vidrio de borosilicato se fabrica al agregar boro al vidrio tradicional. El pirex es un ejemplo de marca comercial del vidrio de borosilicato. Al agregar boro al vidrio se lo hace más durable y más resistente al choque térmico. Este tipo de vidrio se utiliza por lo general en equipamiento de laboratorio y utensilios de cocina.

Vidrio flint

El vidrio flint también conocido como vidrio al plomo (o vidrio que contiene óxido de plomo). El óxido de plomo le da al vidrio propiedades refractarias aumentadas. Estas propiedades hacen a este tipo de cristal útil para pantallas de televisión, prismas, joyería y otros propósitos decorativos como el cristal de plomo.

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Otros productos de vidrio especializados

El vidrio resistente a las balas se crea al combinar vidrio y termoplástico policarbonato en capas alternas. La función del vidrio es aplanar la bala, mientras que el plástico proporciona resistencia estructural.

Vidrio corona (vidrio crown) es un tipo de cristal óptico. Tiene propiedades de refracción bajas, y se utiliza en lentes y otros tipos de aplicaciones ópticas.

Actividad 3-10

Ponte en contacto con una compañía industrial de vidrio y organiza un recorrido por la planta.

En tu visita recopila datos que te ayudarán a desarrollar un diagrama de flujo del proceso de elaboración del vidrio. Puedes usar cuadrados o círculos para mostrar las fases diferentes del proceso, o puedes usar dibujos un poco más artísticos, si así lo deseas. Lo importante es mostrar qué le pasa al vidrio durante el proceso de principio a fin. Asegúrate de incluir las temperaturas de los hornos y del vidrio en ciertos puntos durante su enfriamiento.

Si no te es posible realizar una visita de trabajo, recurre a la biblioteca o la Internet para investigar el proceso de elaboración del vidrio y realizar el diagrama de flujo como mencionamos anteriormente.

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Laboratorio 11: Creamos una cuenta de vidrio

ASPECTOS

GENERALES Propósito* En esta actividad de laboratorio conocerás las propiedades del

vidrio, y los pasos en el proceso de elaboración del mismo al crear tu propia cuenta de vidrio.

Objetivos

Al término de esta actividad de laboratorio serás capaz de: Entender y demostrar el proceso de formación de una

cuenta de vidrio.



Usar una balanza para medir masa.



Experimentar los procesos de fabricación y elaboración.




Alambre de nicromo (0.81 mm) Gafas de seguridad Bórax, o borato de sodio (Na2B4O7) Trefiladora o hilera de trefilar Alicate de pinzas Guantes de cuero resistentes al calor Vaso de precipitados

Alambre de cobre (#12) Lubricante (grasa-aceite) Mechero de Bunsen Alicate para cortar Pinzas o alicate de presión Regla

* La información seleccionada para esta actividad de laboratorio ha sido modifiicada de su fuente original y usada

con permiso de Pacific Northwest National Laboratory.

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Cuando calentamos el bórax a temperatura elevada y luego lo enfriamos, se produce vidrio. Al usar determinados metales cuando estamos calentando el bórax, se genera una reacción química y se produce vidrio de colores.

Instrucciones de seguridad Ten cuidado cuando estés trabajando cerca de superficies

calientes, como es el caso del mechero de Bunsen y la cristaleria caliente. Maneja ese tipo de materiales con mucho cuidado. Es posible que la cuenta de vidrio se caiga del alambre, ten cuidado pues esto puede causarte quemaduras.

Ponte tus gafas de seguridad para protegerte los ojos en el caso que haya salpicadura de algún producto químico, algun objeto puntiagudo, vapores nocivos o partículas aéreas.

Utiliza los guantes resistentes al calor cuando estés trabajando con calor, vidrio fundido y alambre metálico calientes. Usa el alicate para calentar los alambres metálicos.

Ten extremo cuidado alrededor de llamas expuestas. Manten los materiales inflamables lejos de las llamas expuestas y chispas.

PROCEDIMIENTO

DE TRABAJO Método


1. Consigue un pedazo de alambre de nicromo de 12 cm a 15 cm. Coloca una pequeña cantidad de bórax en el vaso de precipitados.

2. Con el alicate de pinzas forma un círculo de forma alargada cerrada, de aproximadamente 7 mm de largo y 3 mm de ancho, en un extremo del alambre.

3. Con la ayuda del alicate para sujetar el alambre, calienta el círculo en el mechero de Bunsen hasta que empiece a ponerse rojo. Nota: si el alambre se calienta demasiado, se puede derretir.

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4. Introduce el extremo caliente del alambre en el bórax, retíralo y con cuidado caliéntalo de nuevo en el mechero hasta que se forme la cuenta de vidrio.

5. Si la cuenta de vidrio es muy pequeña o está incompleta, introduce de nuevo el círculo en el bórax, y caliéntalo en el mechero hasta que la cuenta de vidrio se forme.

6. Continúa derritiendo la cuenta de vidrio hasta que se forme una gotita en el alambre y que esté transparente y cristalina. Para evitar que la gotita se escurra, ve rotando con cuidado el alambre. Nota: No recalientes la cuenta de vidrio, trata de seguirla derritiendo en la parte superior y fría de la flama del mechero.

7. Una vez que tu cuenta de vidrio está formada, retírala del mechero y déjala enfriar lentamente.

8. Consigue un pedazo de alambre de cobre de 12 cm a 15 cm. Estira el alambre a traves de la hilera usando el alicate de presión hasta que tenga un diámetro aproximado de 0.8 mm (o el equivalente al que tiene el alambre de niocromo). Nota: Si todavía tienes pedazos del laboratorio de trefilado de metal, puedes usarlos.

9. Repite los pasos 2 a 7.

10. Anota tus observaciones en tu cuaderno de laboratorio. Compara las dos cuentas de vidrio que has hecho. Cuáles son las diferencias que has observado entre las dos cuentas, antes, durante y después de calentarlas.

Instrucciones de limpieza

Coloca el vidrio no deseado en el recipiente especialmente rotulado para vidrio.

Coloca en el zafacón los pedazos de alambre que no sean necesarios.

Limpia y regresa el equipamiento y los suministros a su lugar correspondiente.

Utiliza la escobilla y el recogedor para limpiar cualquier pedazo de vidrio que está en el área de trabajo del laboratorio.

Cálculos

No es necesario realizar cálculos en esta actividad de laboratorio.

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1. ¿Cuáles son las diferencias que observaste entre las cuentas de vidrio en el alambre de cobre y en el alambre de nicromo?

2. ¿Cuál es la reacción química que hace que el alambre metálico y el bórax produzcan un vidrio de diferentes colores?

3. ¿Qué cambios se producen cuando se calienta el bórax? ¿Es semejante o diferente a los que se producen cuando el alambre de cobre está trefilado a través de la hilera? ¿Por qué?

4. ¿Qué otros materiales crees son fabricados de forma similar a esta actividad de laboratorio?

Desafío

5. Actividad ampliada:

A. Usando el alambre de nicromo, forma una cuenta de vidrio derretido siguiendo los pasos 2 a 7, luego introduce la cuenta caliente en soluciones de sales metálicas de níquel (Ni), cobalto (Co), cobre (Cu), hierro (Fe), manganeso (Mn), etc.

B. Tu profesor te va a ayudar en la preparación de la soluciones.

6. ¿Qué diferencias observaste entre las cuentas de vidrio de la actividad ampliada y las de la actividad de laboratorio?

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Laboratorio 12: Quebramos, doblamos y soplamos vidrio

ASPECTOS

GENERALES Propósito* En esta actividad de laboratorio conocerás las propiedades del

vidrio, los pasos en el proceso de elaboración del mismo al quebrarlo, doblarlo y soplarlo

Objetivos


Entender y demostrar el proceso de quebrar, doblar y soplar vidrio.



Usar una balanza para medir masa.



Experimentar los procesos de fabricación y elaboración.




Tubos de vidrio de 5 mm de diámetro Lima triangular Varillas de vidrio (de vidrio flint) Pedazo de tela que no suelte pelusa Lubricante para cortador de vidrio Guantes de cuero resistentes al calor Tela metálica con asbesto Alicate

Retroproyector Mechero de Bunsen Film polarizado Vidrio de ventana Regla Gafas de seguridad Cortador de vidrio

*La información seleccionada para esta actividad de laboratorio ha sido modifiicada de su fuente original y usada con

permiso de Pacific Northwest National Laboratory.

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Instrucciones de seguridad Ten mucho cuidado cuando estés trabajando cerca de

superficies calientes como es el caso de mecheros de Bunsen y cristalería caliente. Maneja ese tipo de material con las herramientas adecuadas. Asegúrate de usar guantes de cuero resistentes al calor.

Cuando estés calentando vidrio, no pongas tu cara directamente por encima de la fuente de calor. Asegúrate de usar gafas de seguridad y guantes de cuero resistentes al calor.

El vidrio caliente puede quemar la piel, libros, mochilas y la superficie de la mesa de laboratorio. Asegúrate de tener una superficie resistente al calor (como tela metálica con asbesto) para poner enfriar el vidrio caliente.

El vidrio quebrado puede producir cortes en la piel, trata de colocar cualquier pedazo de vidrio roto en un reciente destinado para ello.

PROCEDIMIENTO

DE TRABAJO Método


Parte A. Quebrar vidrio

Quebrar un tubo de vidrio

1. Trata de quebrar un tubo de vidrio marcando el área por donde quieras que se corte usando una lima triangular.

2. Humedece tu dedo y con cuidado humedece la línea marcada, luego cúbrela con el pedazo de tela. Coloca tus dedos pulgares a ambos lados de la línea, y con cuidado presiona hacia afuera hasta que el tubo se quiebre.

3. Para remover los bordes desiguales de la parte quebrada, pule con calor dichas puntas, rotando los tubos en la flama del mechero de Bunsen hasta que estén redondeadas.

Quebrar una ventana de vidrio

1. Usa el cortador de vidrio para cortar el pedazo de vidrio de ventana. Coloca el cortador de forma perpendicular al vidrio. Éste debe estar limpio y el cortador estar lubricado con el lubricante.

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2. Sostén el cortador de vidrio con tu mano dominante, mientras sujetas firmemente el pedazo de vidrio con tu otra mano. Presiona de manera firme con el cortador en el vidrio y haz una línea de corte firme (sólo una vez). El cortador al irse moviendo va a tener algo de resistencia a través del área que quieres cortar.

3. Una vez que el vidrio está marcado, sujeta firmemente el vidrio un poco después de la marca, con tus dedos pulgares arriba y los otros dedos abajo del vidrio. Con cuidado aplica un poco de presión hacia afuera hasta que el panel de vidrio se parta en dos.

Parte B. Doblar vidrio

Doblar un tubo de vidrio

1. Mide y corta un pedazo de tubo de vidrio de 15 cm a 20 cm de largo.

2. Usa un mechero de Bunsen para calentar el vidrio cerca del centro (punto medio) del tubo. Asegúrate de irlo rotando a medida que se va calentando para asegurar que se caliente de forma uniforme. Cuando la parte que estás calentando se ponga suave, retira el vidrio de la fuente de calor. Dobla ambos extremos del tubo hacia arriba. Deja que el vidrio se enfríe, luego pule las puntas con el calor como está descrito en la parte A, paso 3, de quebrar un tubo de vidrio.

Hacer una pipeta

1. Mide y corta un pedazo de tubo de vidrio de 10 cm a 30 cm de largo.

2. Calienta el tubo como lo hiciste en la parte B, paso 2, de doblar un tubo de vidrio.

3. Cuando el tubo esté caliente, retíralo de la fuente de calor, y con cuidado jala verticalmente ambas puntas hacia afuera. Cuidadosamente corta la pipeta y pule las puntas con el calor después que el vidrio se haya enfriado. Recuerda: Asegúrate de tener puestos los guantes de cuero resistentes al calor.

Parte C.Soplar vidrio

Soplar una burbuja de vidrio

1. Mide y corta un pedazo de tubo de vidrio de 20 cm a 30 cm de largo. Éste debe de haber sigo pulido con el calor y tener completamente fríos los extremos.

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2. Calienta una de las puntas del tubo en el mechero de Bunsen hasta que esté derretido, y sella la punta con el alicate. Calienta de nuevo la punta sellada, luego sopla en la punta fría del tubo, y ve rotándolo a medida que estás soplando. Es necesario repetir este proceso varias veces hasta que tengas una burbuja que sea al menos, de dos veces el tamaño del diámetro del tubito.

Anota en tu cuaderno tus observaciones de cada parte de esta

actividad de laboratorio.

Instrucciones limpieza

Coloca el vidrio no deseado en el recipiente especialmente rotulado para vidrio.

Limpia y regresa el equipamiento y los suministros a su lugar correspondiente.

Utiliza la escobilla y el recogedor para limpiar cualquier pedazo de vidrio que está en el área de trabajo del laboratorio

Cálculos

No es necesario realizar cálculos en esta actividad de laboratorio.


1. ¿Fue más fácil quebrar el tubo de vidrio o el pedazo de vidrio de ventana? ¿Por qué?

2. ¿Fue fácil o difícil soplar la burbuja en el tubo de cristal? ¿Por qué?

3. ¿Cómo se afectó la estructura del vidrio al calentarlo? ¿Hay un cambio en las propiedades al calentarlo? ¿Por qué?

Desafío

4. ¿Cómo se elaboran las fibras ópticas? Compara el proceso de manufacura con las actividades que acabas de realizar en esta actividad de laboratorio.

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Capítulo 7: Degradación de materiales cerámicos

Propiedades térmicas de los materiales cerámicos

Los materiales cerámicos tienen un punto de fusión alto, capacidad térmica alta y conductancia térmica baja. La capacidad térmica (o calorífica) es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de una sustancia un grado Celsius. La conductancia térmica es la habilidad de un material para conducir calor.

Otra propiedad térmica importante de los materiales cerámicos es el coeficiente de expansión térmica (o dilatación). Este coeficiente es el cambio en longitud o volumen de un material como respuesta a un cambio en la temperatura.

Choque térmico y cómo prevenirlo

El choque térmico es el estrés que se le aplica a un cerámico cuando se le somete a un cambio brusco de temperatura. Este tipo de cambio de temperatura produce una expansión desigual en los materiales cerámicos, lo cual produce fatiga en el material y genera fracturas visibles o falla de toda la estructura.

El uso de capas superficiales de compresión, determinados aditivos, y el desarrollo de nuevos métodos de procesamiento (tratamientos térmicos) se utilizan como métodos para prevenir el choque térmico en materiales cerámicos.

Actividad 3-11

Dividir la clase en equipos.

Después de leer acerca del choque térmico en cerámicos, ¿Puedes señalar algún ejemplo de cuándo un material cerámico se puede exponer a un medio ambiente que le puede generar choque térmico? ¿Has visto un material cerámico agrietarse o astillarse debido al choque térmico? Haz una relación con tus respuestas en tu cuaderno y compárala con la realizada por tus compañeros.

El choque térmico es uno de los métodos de degradación de los cerámicos. ¿De cuáles otras formas podrían degradarse los cerámicos? Analiza tus ideas con tus compañeros de clase.

Piensa que eres un ingeniero. ¿Por qué es importante para ti conocer las causas de la degradación de los materiales cerámicos? Escribe tu respuesta en tu cuaderno.

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Capítulo 8: Reciclaje de materiales cerámicos

La mayoría de los materiales cerámicos con base en arcilla no son comúnmente reciclados, sin embargo, un tipo de cerámico, el vidrio, es generalmente reciclado.

Vidrios

Una amplia variedad de alimentos, bebidas y otros productos de consumo se venden en recipientes de vidrio. Estos recipientes son reciclados por lo general.

¿Qué es vidrio?

El vidrio se distingue de los otros materiales cerámicos en que su materia prima se calienta hasta la fusión y luego se enfría. La principal materia prima para la elaboración de un vidrio nuevo es el dióxido de silicio (SiO2) derivado de la arena de cuarzo, un recurso abundante pero no renovable. El dióxido de silicio se mezcla con carbonato de sodio (Na2CO3), que ayuda a su fusión, y con piedra caliza (carbonato de calcio CaCO3), que evita que se disuelva en agua. Esta mezcla va a un horno donde se funde a 2800 F (1538 C). Después de fluir a través de una especie de “espumadera”, el vidrio fundido fluye o se distribuye a los moldes donde se sopla con aire comprimido a su forma final. Finalmente los recipientes formados se enfrían por alrededor de una hora y reforzados por una capa de protección. Los recipientes están listos para ser llenados, etiquetados y entregados a las tiendas.

Reciclaje de vidrio

El proceso de reciclaje de los recipientes de vidrio no es muy diferente al proceso de elaboración del producto original. Después de que regresan al productor los recipientes de vidrio usados, una aspiradora elimina cualquier etiqueta o capa de plástico, y un dispositivo magnético retira cualquier fragmento de metal. El vidrio limpio se tritura en pedazos muy pequeños llamados calcín o polvo de vidrio. Esto se mezcla con arena, carbonato de sodio y piedra caliza. La cantidad de polvo de vidrio en la mezcla varía entre el 30 % y el 70 %. A mayor cantidad de calcín que se usa, será menor la cantidad de arena de cuarzo para hacer de nuevo el vidrio. También en el proceso de reciclaje de vidrio se necesita menos agua y temperaturas más bajas que para hacer vidrio nuevo. Reciclar una tonelada (8900 newtons) de vidrio usado, ahorra el equivalente de 31 galones (117 litros) de gasolina. Además no es necesario extraer de las minas la arena de cuarzo, por lo que no hay desperdicio de la explotación minera.

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El reciclaje o procesar de nuevo el vidrio, como mencionamos anteriormente, necesita mucha energía. Por lo tanto, a menudo es más eficiente energéticamente reutilizar recipientes viejos que elaborar nuevos. Sin embargo, el costo de recolectar los recipientes y enviarlos a los lugares de reciclaje, también necesita energía. En el pasado la leche, el jugo y los refrescos de soda se vendían principalmente en recipientes que se podían reutilizar.

Otro problema adicional en el reciclaje de recipientes de vidrio es la separación de colores, ya que los colores mezclados hacen vidrio “turbio”. Por lo tanto, el vidrio debe ser separado en grupos de ámbar, verde y transparente, para que sea más comercializar para los productores. Los vidrios de colores mixtos, menos deseables, se pueden reciclar para convertirse en abrasivos y algunos otros materiales cerámicos.

Como en el caso de los productos de aluminio, diferentes tipos de vidrio (como ventanas y platos), usan diferentes recetas para su elaboración. Los materiales cerámicos realizados con partículas finas, requieren de temperaturas elevadas. Los bombillos (focos) utilizan mucho carbonato sódico. Cuando diferentes tipos de vidrio se mezclan juntos en el recipiente de reciclaje, ellos contaminan el futuro polvo de vidrio. Esto significa que menos polvo de vidrio se puede usar en el producto reciclado.

Actividad 3-12

Coloca bolsas en tu casa para recolectar recipientes de vidrio. Realiza esta actividad durante dos dias y enjuaga los recipientes.

Trae al aula los recipientes de vidrio que recolectaste en tu casa para compartir con la clase.

Llena una bolsa del supermercado con recipientes de vidrio. Pesa cada bolsa con un dinamómetro (puedes pesar pocos ítems simultáneamente y al final sumarlos para tener un peso total).

¿Cuántos recipientes hay en una libra de vidrio?

¿Cómo puedes maximizar el número de recipientes de vidrio para llevar en la bolsa al centro de reciclaje?

Ponte en contacto con una empresa dedicada al transporte de carga e investiga el precio por libra para transportar vidrio.

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Glosario

Ácido: es una sustancia que incrementa la concentración del ion hidrógeno de una solución.

Aislante: es un material con pobre conducción del calor, sonido o electricidad.

Alcalino: es una familia de metales ubicada en el grupo 1 de la tabla periódica. Estos metales se llaman así porque con sus óxidos e hidróxidos se forman bases fuertes.

Aleación: es un material sintético formado por la combinación de un metal con otro metal o un no metal.

Amorfo: es un sólido no cristalino sin forma o estructura definida.

Anión: es el átomo o grupo de átomos con carga negativa.

Ánodo: es típicamente la terminal positiva de una célula o acumulador eléctrico, hacia la cual se mueven los aniones cargados negativamente, y de la cual se alejan los cationes cargados positivamente.

Antioxidante: es un inhibidor que previene la oxidación por oxígeno molecular.

Artritis: es una enfermedad autoinmune que produce inflamación en las articulaciones.

Átomo: es la partícula más pequeña de un elemento compuesta de un núcleo con carga positiva, el cual está rodeado de electrones con carga negativa.

Base: es una sustancia que, cuando se la mezcla con agua, forma iones hidróxido. También se dice de una de las tres subunidades de un nucleótido que se encuentra en moléculas de ADN y ARN.

Bauxita: Es una roca color caoba que se utiliza como materia prima para obtener aluminio.

Biocompatible: se refiere a una sustancia que interactúa con el cuerpo en forma armónica.

Biomaterial: es la sustancia sin vida que se usa para que tome el lugar físico o reemplace en su función a tejidos vivos.

Calentamiento dieléctrico: es el calentamiento de un aislante mientras se opone al paso de una corriente eléctrica alterna.

Calor específico: es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en un grado Celsius.

Calor inducido: es el calentamiento de un conductor debido al cambio en la inducción electromagnética mientras conduce corriente eléctrica alterna.

Campo magnético: es el campo producido por un imán, que atrae y repele a otros materiales magnéticos.

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Cáncer: es un grupo grande de enfermedades caracterizadas por el crecimiento y diseminación descontrolada de células anormales del cuerpo.

Capacidad de calor específico: es una medida energía térmica (las calorías por unidad de masa de una sustancia), que se necesita para elevar la temperatura en un grado.

Característica: se trata de un aspecto, cualidad o propiedad propios de un objeto.

Características de vibración: es la capacidad de un objeto a resistir las vibraciones.

Carcinógeno: es el agente involucrado en la aparición del cáncer, por ejemplo, un cierto producto químico o una radiación.

Cartílago: es un tejido conectivo fibroso y duro, que se conecta a los huesos.

Catión: es cualquier átomo o grupo de átomos con carga positiva.

Cátodo: es típicamente el polo cargado negativamente de una célula o acumulador eléctrico, hacia el cual se mueven los cationes cargados positivamente, y del cual se alejan los aniones cargados negativamente.

Celulosa: es un carbohidrato complejo que se encuentra en el tallo, la corteza y las partes fibrosas de las plantas. Los animales no lo pueden digerir.

Cerámico: es un producto hecho mediante el horneado o cocción de elementos no metálicos.

Coagulación: es el cambio por el cual la sangre se convierte en una sustancia gelatinosa como consecuencia de reacciones químicas que pasan en ella.

Colágeno: es una proteína que le da la estructura a los tejidos conectivos del cuerpo.

Compuesto: se obtiene cuando dos o más elementos se unen mediante enlaces químicos.

Conductividad térmica: es la capacidad de un material para conducir calor.

Conductividad: es la capacidad de una sustancia para transferir energía, normalmente en la forma de calor o corriente eléctrica.

Congénito: es la condición que existe desde el momento del nacimiento.

Corriente eléctrica: es la transferencia neta de carga eléctrica por unidad de tiempo.

Corrosión: es la oxidación o destrucción de metales.

Cristal: es una estructura tridimensional, a nivel atómico, iónico o molecular, que consiste de células repetidas idénticas.

Cromatografía de gases: es la técnica de separación que involucra el pasaje de una fase móvil gaseosa a través de una columna que contiene una fase absorvente fija.

Cromatografía líquida de alta eficacia: es el proceso de separación de una mezcla llevada a través de una columna llena de un solvente, basado en la adsorción de moléculas por parte de un material sólido de relleno.

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Densidad: es una medida de la relación entre la masa y el volumen de una sustancia; es la masa por unidad de volumen de una sustancia.

Densificación: es el incremento de la densidad de un material.

Descomposición: es el desmenuzamiento de materia orgánica sin vida por la intervención de organismos (especialmente microorganismos).

Desfloculante: es un agente que quita los flóculos o grumos, los cuales son una masa formada por partículas apelmazadas.

Destilación: es el proceso de producción de vapores a partir de líquidos, mediante el calentamiento de los mismos en un alambique, para luego recolectar y condensar esos vapores en líquidos.

Desvitrificado: es un material al que se le quitó la textura vítrea para darle una textura cristalina.

Detrito o detritus: se trata de un material orgánico en descomposición.

Diamagnético: son los materiales que tienen una permeabilidad magnética menor que 1; estos materiales son repelidos por un imán.

Diámetro atómico: es el diámetro de un átomo. El cálculo se realiza en función de las distancias entre los núcleos de una variedad de compuestos que contengan dicho átomo.

Dieléctrico: es un material aislante eléctrico.

Difusión: es el movimiento aleatorio de moléculas debido a la energía propia de éstas, que hace que los solutos y los solventes (en soluciones) se muevan desde áreas de mayor concentración a áreas de menor concentración.

Ductilidad: es la capacidad de un material para ser convertido en alambre, o laminado o fácilmente moldeado, sin que se rompa.

Ecuación química: es una expresión que usa números y símbolos para representar una reacción química; el primer miembro contiene los elementos que reaccionan y el segundo miembro muestra el producto obtenido.

Elastómero: es un material que, con poca tensión, puede ser estirado por lo menos hasta dos veces su longitud original, para luego recuperar su forma original cuando se lo suelta.

Electricidad: es un fenómeno físico referido a cargas eléctricas y a sus efectos, tanto cuando están quietas o cuando están en movimiento.

Electrólito: es una sustancia que, cuando se la disuelve en agua, conduce una corriente eléctrica.

Electrón: es la partícula subatómica cargada negativamente, que se encuentra fuera del núcleo de un átomo.

Electronegatividad: es la capacidad relativa de un átomo para atraer a un electrón.

Electrones de valencia: son los electrones del orbital exterior de un átomo.

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Elemento: es una sustancia básica del mundo, que determina las características de los materiales, que no se lo puede subdividir en sustancias diferentes mediante procesos químicos, y que solo se lo puede convertir en otro elemento mediante radioactividad o reacción nuclear.

Embolia: es el bloqueo de un vaso sanguíneo por un coágulo anormal en el torrente circulatorio.

Energía cinética: es la energía involucrada en la producción de trabajo o movimiento.

Enlace covalente: es el enlace químico entre átomos, en el cual cada atomo contribuye con un electrón para formar un par de electrones.

Enlace iónico: es el tipo de enlace químico en el cual los electrones se transfieren completamente de un átomo a otro.

Enlace metálico: es el enlace químico entre metales, fruto de compartir los electrones de valencia entre los átomos de una estructura cristalina estable.

Enlace: es la fuerza de atracción que mantiene a los átomos y a los iones juntos en una molécula.

Equilibrio: es un estado de balance entre dos fuerzas opuestas; se trata de un estado en el que la tasa de partículas que entran en el sistema es igual a la de las partículas que salen del mismo.

Erosión: es la pérdida de suelo de un área como consecuencia de una inundación, del viento o de la lluvia.

Esterilización: es un procedimiento quirúrgico que deja a un organismo imposibilitado para producir o liberar esperma o huevos. También hace referencia al proceso de matar todos los microorganismos (incluidos virus y esporas).

Estructura molecular: se trata de la geometría y la disposición de los átomos de una molécula.

Evaporar: es el cambio por el cual una sustancia líquida se convierte en vapor por debajo del punto de ebullición.

Expansión térmica: es el cambio en el volumen de un material como resultado de un cambio de temperatura.

Extrusión: es el proceso en el cual un material sólido semiblando es forzado a través de un molde, para producir una pieza continua de material con la forma del producto deseado.

Ferromagnético: es un material o sustancia que es atraído fuertemente por un campo magnético.

Ferroso: es un compuesto de la forma iónica del Fe+2 de hierro y de otros elementos; también se dice de los compuestos relacionados al hierro.

Fisiología: es el estudio de los procesos vitales y de las funciones de los organismos.

Forja: es el proceso de usar una fuerza de compresión para darle forma a un metal mediante deformación plástica.

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Fórmula molecular: es la fórmula que da la cantidad de cada tipo de átomos de una molécula de un compuesto.

Fórmula química: es una descripción de una molécula que muestra el tipo y la cantidad de átomos que contiene.

Fuerza de gravedad: es la fuerza de atracción entre dos cuerpos debido a sus masas.

Fuerza o interacción de van der Waals: es la fuerza de atracción entre átomos, o entre moléculas no polares, causada por una separación de cargas inducidas.

Fundido: es un material hecho líquido mediante la aplicación de calor.

Gas inerte: es un gas que no reacciona, por ejemplo, el helio u otros gases del grupo 18 de la tabla periódica.

Hierro fundido: se trata de una aleación de hierro y carbono, colada para que tome forma; contiene entre 1.8 y 4.5 % de carbono.

Hipersensibilidad: es la reacción alérgica extrema frente a sustancias extrañas.

Homogeneidad: es la cualidad de tener las mismas propiedades a lo largo de todo el objeto.

Inflamable: se dice de una sustancia que se enciende con facilidad y se quema rápidamente.

Infraestructura: es la cimiento subyacente o el marco básico de trabajo.

Inorgánico: se dice de un compuesto químico en el cual el carbono no es su elemento principal.

Ion: es un átomo cargado que puede ser positivo (porque perdió electrones) o negativo (porque ganó electrones).

Isotrópico: se trata de un material que tiene las mismas propiedades en todas las direcciones.

Lingote: es una masa de metal colado con una forma que lo hace más fácil de manejar.

Maleabilidad: es la capacidad de un material para ser doblado, formado o torcido, mediante martillado.

Maquinado: es la realización de varias operaciones de corte y molienda en un objeto.

Masa atómica: es la masa de un átomo de cierto elemento.

Materia prima: es un material crudo, sin procesar o parcialmente procesado, que se usa para fabricar un producto.

Material compuesto: es un material formado por combinaciones de metales, aleaciones, cerámicos o polímeros, en el cual uno de los materiales sirve como matriz, dentro del cual otro material se incrusta.

Matriz o fase matriz: es un material en el cual insertamos o incrustamos algo.

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Metal: es un elemento electropositivo, normalmente dúctil y maleable, con una alta resistencia la tracción o tensión.

Metales de transición: son los elementos ubicados en la tabla periódica, entre los grupos 2 y 13, y en los períodos 4 y mayores.

Metalurgista: es el científico o ingeniero que estudia los metales y sus propiedades.

Microestructura: es la estructura de un objeto vista al microscopio.

Módulo de elasticidad: es la razón entre la tensión aplicada a un material y la deformación que la misma produce.

Moldeado por inyección: es el moldeado de formas metálicas, plásticas o cerámicas, mediante la inyección de ciertas cantidades del material fundido en troqueles (o moldes).

Moldeado por soplado: es un método para producir un objeto hueco, al inflar una masa caliente derretida dentro de un molde.

Moldear por fundición: consiste en formar una sustancia plástica o líquida en una forma específica al dejarla enfriar en un molde.

Moldeo por compresión: es el proceso de fabricación de plásticos en un molde, usando calor y presión para formar el material.

Moldeo por transferencia: es un proceso similar al moldeo por compresión, con la diferencia que la materia prima se precalienta y se transfiere hidráulicamente al molde. Elimina la turbulencia y las asperezas causadas por el moldeo por compresión.

Molécula polar: es una molécula que tiene una separación de cargas, generando una región positiva y una negativa en la molécula.

Molécula: es la forma más pequeña posible de un compuesto, que está formada por de átomos enlazados entre sí.

Momento magnético del espín: es el momento magnético causado por el espín del electrón.

Momento magnético del orbital: es el momento magnético dipolar asociado con el movimiento de una partícula cargada alrededor de un origen.

Monómero: es una molécula que puede ser combinada con otra para formar un polímero.

Neutralización ácido-base: se trata de una reacción química en la cual un ácido y una base reaccionan formando agua (y sal) y no queda excedente de iones de H3O

+ u OH-.

Neutralizar: es hacer que el pH de una solución sea neutra.

Neutrón: es una partícula no cargada del núcleo de un átomo.

No ferroso: es cualquier metal que no sea hierro y sus aleaciones.

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No metal: es un elemento formado por iones o radicales normalmente cargados negativamente, capaz de combinarse con el oxígeno para formar óxidos.

Núcleo: es la región de un átomo con carga positiva, compuesta de protones y neutrones y tiene casi toda la masa del mismo. También se dice que es el centro de control de una célula rodeado por sus propias membranas.

Número atómico: es la cantidad de protones del núcleo de un átomo (igual a la cantidad de electrones del átomo neutro).

Oferta y demanda: Es un principio económico que establece que si la oferta de un material es mayor que su demanda, el material pierde valor; si la demanda es mayor que la oferta disponible, el material gana valor.

Orbital: es el espacio alrededor del núcleo de un átomo que puede ser ocupado por uno o dos electrones.

Oxidabilidad: es una medida de la capacidad de los materiales para perder fácilmente uno o más electrones.

Oxidación: es el proceso en el cual una sustancia se combina con el oxígeno, por ejemplo, en el caso de la combustión, herrumbre y la quema de calorías del cuerpo. También es la pérdida de electrones de una sustancia, generalmente cuando se combina con el oxígeno.

Paramagnético: es un material que tiene mayor permeabilidad magnética que el vacío y es ligeramente atraído por un campo magnético.

Peso atómico: es la masa promedio del átomo de un elemento tal cual se da en la naturaleza.

Peso: es una medida de la fuerza que empuja un objeto de una cierta masa hacia el centro de la Tierra.

Petroquímico: es un derivado químico del petróleo y gas natural.

Piezoeléctrico: es un cuerpo que tiene la capacidad de generar un voltaje cuando se le aplica una fuerza mecánica, o producir una fuerza mecánica cuando se le aplica un voltaje.

Pirólisis: es el proceso de descomposición química de materia orgánica y todo tipo de materiales (excepto metales y vidrio) causado por el calentamiento en ausencia de oxígeno.

Plaqueta: es un fragmento de la membrana de la cólula sanguínea que funciona en el proceso de coagulación.

Polaridad de una molécula: es una propiedad de las moléculas que surge de la desigualdad de las cargas eléctricas en la misma.

Polarizar: consiste en separar una carga eléctrica positiva de una negativa y crear un dipolo eléctrico.

Polimerización: es una reacción química en la cual dos o más moléculas simples se combinan para formar una molécula más compleja, compuesta por la repetición de las moléculas simples.

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Polímero: es una macromolécula formada por muchos monómeros idénticos o similares, enlazados.

Porosidad: es la capacidad de un material de absorber líquidos o gases, y también es la cantidad de poros o huecos que hay en la masa de una material.

Potencial de ionización: es la energía por unidad de carga necesaria para desplazar un electrón desde un cierto tipo de átomo o molécula a una distancia infinita.

Proceso de sol-gel: es la técnica basada en una solución, por la cual se pueden hacer cerámicos a baja temperatura y con cortos períodos de cocción.

Producto: es el compuesto que se obtiene de una reacción química.

Propiedad física: es la característica que puede ser medida sin necesidad de cambio en la estructura química del material en estudio.

Propiedad química: se refiere a la capacidad de un elemento para ser parte de un cambio químico o para resistir a dicho cambio.

Propiedad: son las características que tiene un cierto material.

Protón: es una partícula del núcleo de un átomo, que está cargada positivamente.

Punto de ebullición: es la temperatura a la cual la presión del vapor de un líquido equivale a la presión por encima del líquido; por ejemplo, el punto en el cual el líquido pasa a su fase gaseosa.

Punto de fusión: es la temperatura a la cual un sólido se derrite para convertirse en líquido.

Radiación: es una forma de energía entre las que podemos mencionar la luz visible, la luz infrarroja, la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma. También es el medio por el cual el cuerpo pierde calor bajo la forma de rayos infrarrojos.

Radical libre: es un átomo altamente reactivo que tiene uno o más electrones libres.

Reacción de combinación: es una reacción por la cual dos o más elementos o compuestos se combinan para formar un nuevo compuesto.

Reacción de condensación: es una reacción que reune dos moléculas en una sola, con la eliminación de agua.

Reacción de desplazamiento doble: consiste en el intercambio de iones positivos y negativos entre dos compuestos.

Reacción de desplazamiento simple: es la que involucra al reemplazo de un elemento por otro en un compuesto, para producir un nuevo compuesto y un elemento diferente.

Reacción oxidación-reducción: es la reacción química en la cual se oxida un reactivo y se reduce otro reactivo. También se le llama reacción “redox”.

Reacción química: es el cambio por el cual una sustancia se transforma en otras sustancias mediante el rompimiento de los enlaces químicos existentes, y la formación de nuevos enlaces químicos.

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Reactante o reactivo: es una sustancia que cambia durante una reacción química, de la cual forma parte, para producir un producto.

Reactividad: es la capacidad de una sustancia para participar en reacciones químicas.

Recocido: es el proceso de calentamiento y enfriamiento de metales, aleaciones o vidrios, para quitarle la tensión y hacer que el material sea menos quebradizo.

Red cristalina: es un arreglo regular de átomos en un sólido cristalino.

Reducción: es la adquisición de electrones por parte de una sustancia, durante una reacción química.

Reductibilidad: es una medida de la capacidad de los materiales para ganar fácilmente uno o más electrones.

Refractario: es el cuerpo que resiste la acción de agentes químicos o físicos y, especialmente, altas temperaturas, sin descomponerse.

Resistencia: es la capacidad de un material para oponerse al flujo de una corriente eléctrica.

Resistencia a la carga: es la capacidad para resistir el rompimiento debido a un cambio súbito en la carga.

Resistencia a la compresión: es la capacidad que tiene un objeto para resistir al rompimiento por las fuerzas de compresión.

Resistencia a la fatiga: es la capacidad que tiene un material para resistir al rompimiento provocado por cargas y descargas repetidas o alternativas.

Resistencia a la tracción o a la tensión: es la capacidad que tiene un material para resistir al rompimiento por la acción de las fuerzas de tracción.

Resistencia al corte (al cizallamiento): es la capacidad de un material para resistir fuerzas que generan que algunas partes del mismo pasen a través de él. También se la define como la resistencia de un objeto al rompimiento por la acción de fuerzas de corte.

Resonancia magnética: es la técnica que da una imagen de computadora de los tejidos del cuerpo, induciendo a sus moléculas a emitir ondas de radio.

Reticulación: se refiere al enlace de las cadenas paralelas de una macromolécula, como la de un polímero.

Reutilizar: Consiste en usar nuevamente un producto que ha cumplido su propósito original, ya sea siendo el mismo producto o como un producto diferente.

Rotación: es el movimiento alrededor de un eje o de un centro.

Saturada: es una solución que está lo más concentrada posible. También se refiere a las grasas o a los ácidos grasos que no tienen enlaces dobles carbono-carbono.

Semiconductor: es un sólido cuya conductividad eléctrica está entre la de un conductor y la de un aislante.

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Sinterizar: consiste en calentar (pero no derretir) un polvo para formar una masa coherente.

Sintético: es todo material que no se produce de forma natual, sino que está hecho por el hombre.

Sistema cardiovascular: es el sistema formado por el corazón y los vasos sanguíneos que llevan la sangre a los tejidos de todo el cuerpo.

Soldadura por fusión: es el proceso de unión de partes metálicas mediante el calor, que permite que los metales fluyan juntos.

Solución: es una mezcla en la cual una sustancia (el soluto) se disuelve y la otra sustancia (el solvente) es el medio de disolución.

Solvente: es una sustancia que puede disolver a otra sustancia.

Superconductor: es una sustancia que no muestra resistencia a la corriente eléctrica a extremadamente bajas temperaturas (temperaturas cerca de los 0 grados K).

Tabla periódica: es la tabla que contiene todos los elementos conocidos, organizados de acuerdo a sus números atómicos, por lo que los elementos con propiedades similares están en la misma columna.

Templado o temple: es el proceso de hacer un metal más duro al calentarlo a determinada temperatura, y luego enfriarlo rápidamente en agua, aceite o algún otro método de enfriado rápido.

Termoestables: se dice de aquellos materiales que permanecen siendo sólidos cuando se los calienta; también se refiere a un polímero que cambia químicamente durante el procesamiento y se vuelve permanentemente sólido.

Termoplásticos: son los materiales que son capaces de ablandarse cuando se los calienta y luego se endurecen al enfriarse; también se refiere a un polímero que se derrite cuando se lo calienta.

Traslación: es el movimiento uniforme de un cuerpo en una línea recta. También es el proceso de ensamblar aminoácidos en proteínas en el ribosoma, de acuerdo a las instrucciones del ARN.

Troquel: es una herramienta o molde usado para dar forma o tomar impresiones en metales o cerámicos.

Unidad térmica británica (Btu): Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit.

Vaporizar: es la acción de convertir un líquido en vapor.

Vibración: es el cambio periódico continuo en la posición de los átomos y moléculas y/o cristales en relación con ellos mismos.

Viscosidad: es la resistencia al flujo de un gas o de un líquido.

Vulcanización: es el proceso de tratamiento del caucho o materiales plásticos para darle propiedades útiles.

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Algunas referencias bibliográficas

CORD. Applications in Biology and Chemistry. Waco: CCI Publishing, 1999.

Hot Mix Asphalt Production and Testing. Construction Inspector’s Training Manual. Washington State Department of Transportation. January 2005.

http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/ Materials/cc_mat_index.htm.

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manual de naturaleza de las cosas iii

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los materiales cermicos

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y estructuras

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procesamiento y produccin