1. CLASIFICACION DE LOS MATERIALESLos materiales se clasifican generalmente en cinco grupos: metales, cermicos, polmeros, semiconductores y materiales compuestos. Los materiales de cada uno de estos grupos poseen estructuras y propiedades distintas.Metales.Tienen como caracterstica una buena conductividad elctrica y trmica, alta resistencia, rigidez, ductilidad. Son particularmente tiles en aplicaciones estructurales o de carga. Las aleaciones (combinaciones de metales) conceden alguna propiedad particularmente deseable en mayor proporcin o permiten una mejor combinacin de propiedades.Cermicos.Tienen baja conductividad elctrica y trmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frgiles y quebradizos. Nuevas tcnicas de procesos consiguen que los cermicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.Polmeros. Son grandes estructuras moleculares creadas a partir de molculas orgnicas. Tienen baja conductividad elctrica y trmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a temperaturas elevadas. Los polmeros termoplsticos, en los que las cadenas moleculares no estn conectadas de manera rgida, tienen buena ductilidad y confortabilidad; en cambio, los polmeros termoestables son ms resistentes, a pesar de que sus cadenas moleculares fuertemente enlazadas los hacen ms frgiles. Tienen mltiples aplicaciones, entre ellas en dispositivos electrnicos.Semiconductores. Su conductividad elctrica puede controlarse para su uso en dispositivos electrnicos. Son muy frgiles.Materiales compuestos.Como su nombre lo indica, estn formados a partir de dos o ms materiales de distinto grupos, produciendo propiedades que no se encuentran en ninguno de los materiales de forma individual.CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES:Podemos clasificar los materiales en dos grupos: materias primas y materiales de uso tcnico. A continuacin vemos un cuadro en el que se explica cada uno de ellos:

MATERIAS PRIMASDefinicinSon todos aquellos materiales que podemos encontrar en la naturaleza.

ClasificacinMateria prima vegetalrbol, algodn, lino

Materia prima animalLana, seda, piel

Materia prima mineralRocas, arcilla, arena

MATERIALES DE USO TCNICODefinicinAquellos con los que se puede fabricar directamente un objeto tecnolgico

ClasificacinMaterial uso tcnico orgnicoMadera, hilo de coser, ovillo de lana, cuero.

Material uso tcnico metlicoOro, cobre, acero, bronce, plata.

Material uso tcnico ptreo o cermicoLmina de mrmol o de pizarra, cemento, vidrio.

Material uso tcnico sintticoPlstico.

1.1 GENERALIDADESPara dar una definicin de lo que es un material, primero debe entenderse como es que est conformado. Lo primero es que un material est compuesto porelementos, generalmente los elementos qumicos encontrados en la naturaleza y representados en la tabla peridica de elementos qumicos. Sin embargo, esto no es todo, en los materiales estos elementos estn relacionados por unacomposicin qumica definida. Un ejemplo muy sencillo es la sal comn, su frmula qumica es NaCl, lo que significa que hay un tomo de Sodio (Na) por cada tomo de Cloro (Cl) y es la nica forma de obtener este compuesto.El ltimo factor importante de un material es el acomodo de estos elementos, es decir, suestructura, los materiales estn caracterizados por tener una estructura, determinada y nica, si este acomodo cambia, cambiarn las caractersticas del material y por lo tanto se hablar de este como una variacin o como otro material distinto.En ciencia e ingeniera de materiales, existe adems otra distincin para los materiales, y es que deben tener un uso especfico, si no es as, entonces se les denomina nicamente sustancia. Por ejemplo, el agua (H2O) en estado lquido es una sustancia, pero al enfriarse y convertirse en hielo, se puede usar como un material de construccin, por lo tanto, esta misma agua solidificada, al tener un uso prctico, se le considera un material.En resumen, los materiales estn formados por elementos, con una composicin y estructura nica y que adems, pueden ser usados con algn fin especfico.Los materiales se clasifican de forma muy general en: Metales Cermicos Polmeros Materiales compuestosSin embargo, est clasificacin no es nica, pues los materiales se pueden dividir por su estructura, por sus propiedades fsicas y qumicas, por sus usos en industrias especficas, etc.1.2 MATERIALES PUROSEl primer intento de hacer una clasificacin de los materiales encontrados en la naturaleza fue hecho por el qumico el qumico J. W. Dbenreiner en 1829. l organiz un sistema de clasificacin de elementos en el que stos se agrupaban en conjuntos de tres denominados tradas. Las propiedades qumicas de los elementos de una trada eran similares y sus propiedades fsicas variaban de manera ordenada con su masa atmica. La trada del cloro, del bromo y del yodo es un ejemplo. En este caso, la masa de uno de los tres elementos de la trada es intermedia entre la de los otros dos. Para 1850 ya se podan contar con unas 20 tradas para llegar a una primera clasificacin coherente.En 1869, el qumico ruso Dmitri Ivanovich Mendeleyev desarroll una tabla peridica de los elementos segn el orden creciente de sus masas atmicas. Coloc lo elementos en columnas verticales empezando por los ms livianos, cuando llegaba a un elemento que tena propiedades semejantes a las de otro elemento empezaba otra columna. Mendeleiev perfeccion su tabla acomodando los elementos en filas horizontales. Su sistema le permiti predecir con bastante exactitud las propiedades de elementos no descubiertos hasta el momento.En 1914, el fsico y qumico ingls, Henry Moseley, descubri que los tomos de cada elemento tienen un nmero nico de protones en sus ncleos, siendo el nmero de protones igual al nmero atmico del tomo. Moseley organiz los elementos en orden ascendente de nmero atmico y no en orden ascendente solucionando los problemas de ordenamiento de los elementos en la tabla peridica. La organizacin que hizo Moseley de los elementos por nmero atmico gener un claro patrn peridico de propiedades.En la actualidad, hay 18 grupos en la tabla estndar (Figura 1.1.). El hecho de que la mayora de estos grupos correspondan directamente a una serie qumica no es fruto del azar. La tabla ha sido estructurada para organizar las series qumicas conocidas dentro de un esquema coherente. La distribucin de los elementos en la tabla peridica proviene del hecho de que los elementos de un mismo grupo poseen la misma configuracin electrnica en su capa ms externa. Como el comportamiento qumico est principalmente dictado por las interacciones de estos electrones de la ltima capa, de aqu el hecho de que los elementos de un mismo grupo tengan propiedades fsicas y qumicas similares. Cabe sealar, adems de los elementos naturales, se han agregado elementos sintticos producidos en laboratorio.

En los materiales, el tipo de enlace qumico determina una gran cantidad de sus propiedades. El orbital ms externo llamadocapa de valencia, determina cuantos enlaces puede formar un tomo. Para que se forme un enlace se requiere: Que las capas de valencia se toquen; por esto debe ser el orbital ms externo. Que haya transferencia de electrones en las capas de valencia de ambos tomos.Existen tres diferentes tipos de enlace considerados energticamente fuertes: el enlace inico, el covalente y el metlico. Existen adems las llamadas fuerzas de atraccin dbiles o fuerzas intermoleculares.

Enlace inicoPara que pueda darse este enlace, uno de los tomos debe ceder electrones y, or el contrario, el otro debe ganar electrones, es decir, se produce la unin entre tomos que pasan a ser cationes y aniones. El ejemplo tpico es el cloruro da sodio, en donde para formarse, el sodio debe ceder un electrn al cloro, quedando un sodio con carga neta positiva y un cloro con carga neta negativa.

Formacin del cloruro de sodio (NaCl) a travs del enlace inico.Enlace covalenteEn este enlace cada uno de los tomos aporta un electrn. Los orbitales de las capas de valencia de ambos tomos se combinan para formar uno solo que contiene a los 2 electrones.

Esquema de un enlace covalente. Ambos tomos comparten electrones para formar un solo enlace.Tanto el enlace inico como el covalente son los enlaces que caracterizan a los materiales duros, como lo son las cermicas y las piedras preciosas. El enlace covalente tambin es caracterstico del agua y el dixido de carbono, por eso es que es muy costoso, energticamente hablando, romper estas molculas en sus componentes bsicos.Enlace metlicoLos tomos de los metales tienen pocos electrones en su ltima capa, por lo general 1, 2 3. Estos tomos pierden fcilmente esos electrones y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metlica.Los electrones de valencia desprendidos de los tomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a travs de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.

Modelo descriptivo del enlace metlico. Los iones positivos del metal forman una red que se mantiene unida gracias a la nube de electrones que los envuelven.Este tipo de enlace es el que permite a los metales ser materiales, por lo que pueden ser relativamente de fcil maquinados, logrando piezas de muy diversas formas y tamaos. Adems, es el que permite a muchos de estos materiales ser buenos conductores elctricos.

EnlacesintermolecularesEste tipo de enlaces se caracteriza por que la distancia entre los tomos es ms grande, se encuentran las fuerzas de London, Van der Waalls y los puentes de hidrgeno. Estos enlaces son los que permiten cierta cohesin en sustancias como el agua o que le dan a ciertos materiales propiedades elctricas (electrosttica). A diferencia de los otros enlaces, este es ms comn molculas y no tanto para tomos.

Diagrama de un enlace intermolecular, puente de hidrgeno de las molculas de agua.En muchos casos, se habla de un material puro cuando este no tiene impurezas de otra naturaleza en su estructura. Sin embargo, en realidad no existen materiales totalmente puros, por eso que se les debe asignar un porcentaje de pureza, que, por ejemplo, en metales preciosos, les da su valor comercial.1.3 ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSASAlgunos autores manejan los trminos aleaciones ferrosas y no aleaciones no ferrosas (frreas) para definir aquellas aleaciones que tiene o no al hierro como elemento mayoritario. Esto se debe a la importancia histrica del hierro, incluyendo la revolucin industrial y la fabricacin del acero como material de construccin.Las aleaciones ferrosas tienen como elemento mayoritario el Fe y en general, son aleaciones fuertes, maleables, de bajo costo y relativamente fciles de obtener. La mayor produccin de estas son los aceros, aleaciones Fe C, a los que cambiando el porcentaje de estos elementos y agregando algunos otros, se les pueden dar propiedades especficas, dependiendo de la industria a la que se van a aplicar.La industria del acero se divide en varias ramas: Aceros al carbn,con uso en construccin Aceros inoxidables,para maquinado de piezas, platera e instrumental quirrgico Aceros para herramientas, a los que se les agrega W y Mo para endurecerlos Aleaciones de acero con distintos elementos.Estos ya son de usos ms especficos de acuerdo al elemento agregado Aleaciones ultra resistentes (de baja aleacin),que son los aceros de ltima generacin.

A pesar de que las aleaciones ferrosas, particularmente el acero, son ampliamente usadas en ingeniera por sus buenas propiedades mecnicas y su relativamente bajo costo de produccin, existen algunas limitaciones en ellas, pues son materiales relativamente densos, en general no son buenos conductores elctricos y, salvo los aceros inoxidables, son materiales proclives a la corrosin. Por tal motivo, la industria ha desarrollado otras aleaciones con metales base distinta al Fe, denominadasaleaciones no ferrosas. Entre las ms utilizadas en la industria se encuentran:Aleaciones base Cu.Son buenas conductoras y en algunos casos, tienen propiedades mecnicas especiales que las hacen muy tiles en la fabricacin de muelles, diafragmas y piezas que forman parte de aparatos de medida elctrica y baromtrica. Ejemplos son el bronce y las aleaciones Cu-Be.Aleaciones base Al.Son materiales ligeros y muy flexibles, lo que permite maquinarlos a formas muy diversas, adems de ser de baja corrosin. Se usan en el enlatado de alimentos y manufactura de todo tipo de piezas, incluyendo las de automviles y aviones.Aleaciones base Ti.Son aleaciones menos densas que el acero pero con propiedades mecnicas muy similares, por lo que se usan en la industria aeronutica y aeroespacial. Adems tambin son materiales de bajo porcentaje de corrosin por lo que son muy tiles en la industria qumica donde se trabajan muchas sustancias corrosivas y, en la actualidad, tienen adems aplicacin en el rea de biomateriales como prtesis de huesos de alta carga mecnica (cadera, rodilla, fmur, etc.).