Tipos de enlaces y propiedades de los materiales: metales, cerámicos y polímeros

Tipos de Enlaces en Materiales

Enlaces Primarios

Los enlaces primarios tienen mayor fuerza de cohesión y requieren una gran cantidad de energía para romperse, lo que se refleja en un punto de fusión más alto. Existen tres tipos principales:

• Enlaces iónicos: Se producen entre átomos con electronegatividad diferente, por ejemplo, un elemento del grupo 1 con un elemento del grupo 7. La unión de un catión con un anión genera una gran cohesión.
• Enlaces covalentes: Se dan entre átomos con electronegatividad similar o igual, típicamente entre dos no metales.
• Enlaces metálicos: Forman una nube de electrones alrededor de los cationes. Se producen entre átomos del mismo material (metal con metal).

Características de los Enlaces Primarios

Enlaces Iónicos

• Gran fragilidad.
• Puntos de fusión altos.
• Forman cristales o estructuras tipo cristalinas.
• Uniones rígidas.
• No tienen deformación elástica.
• Sólidos a temperatura ambiente.
• No conducen corriente en estado sólido, pero sí en estado fundido.
• Solubles en agua.

Enlaces Covalentes

• Altamente direccionales.
• Enlace tipo frágil.
• No conducen corriente eléctrica en ningún estado.
• Puntos de fusión altos.

Enlaces Metálicos

• Conductividad eléctrica.
• Conductores térmicos.
• Puntos de fusión altos.
• Forman estructuras cristalinas.
• Ductilidad y maleabilidad a nivel atómico (no son resistentes).
• Tenaces y deformables.
• Baja fuerza.

Enlaces Secundarios

Los enlaces secundarios son más débiles que los primarios. Se encuentran comúnmente en polímeros.

Ejemplos de Materiales y sus Enlaces

• NaCl (Cloruro de sodio): Enlace iónico, punto de fusión 801 ºC.
• Diamante: Enlace covalente, punto de fusión 3550 ºC.
• Ft(C2H4)n (Polietileno): Enlace covalente secundario, punto de fusión 120 ºC.
• Cu (Cobre): Enlace metálico, punto de fusión 1084 ºC.
• Ar (Argón): Enlace secundario (dipolo permanente), punto de fusión -189 ºC.

Propiedades de los Materiales

Las propiedades de los materiales se clasifican en:

• Físicas
• Químicas
• Mecánicas
• Tecnológicas

Propiedades Físicas Primarias

• Masa: Cantidad de sustancia que constituye un cuerpo y ocupa un lugar en el espacio.
• Densidad: Relación entre masa y volumen (m/g).
• Peso específico: Relación entre peso y volumen (p/v).
• Conductividad calorífica: Rapidez con que se transmite el calor.
• Coeficiente de conductividad alto: Buen conductor.
• Coeficiente de conductividad bajo: Mal conductor, buen aislante.
• Capacidad calorífica: Cantidad de energía necesaria para elevar 1 ºC la temperatura de un cuerpo.
• Dilatabilidad: Cambio de dimensión que sufre un cuerpo por efecto de la temperatura (Δ).
• Fusibilidad: Condiciones de temperatura en las que un material cambia de fase sólida a líquida.
• Conductividad eléctrica: Facilidad que poseen los materiales de conducir corriente eléctrica a través de su masa.

Propiedades Físicas Magnéticas

• Paramagnéticos: Alta permeabilidad para ser magnetizados.
• Diamagnéticos: Baja permeabilidad para ser magnetizados.
• Ferromagnéticos: Alta permeabilidad magnética. Permanecen magnetizados después de retirar el campo magnético.

Propiedades Mecánicas

Las propiedades mecánicas describen la respuesta de un material al aplicarle fuerzas mecánicas. Los ensayos son la mejor manera de determinar estas propiedades y ayudan a elegir el material adecuado para una aplicación específica.

• Elasticidad: Capacidad de un material para recuperar su forma original después de que la fuerza que lo deformaba ha desaparecido.
• Plasticidad: Capacidad de un material para conservar la forma una vez deformado. Es opuesta a la elasticidad.
• Ductilidad: Capacidad de un material para estirarse en hilos (cobre, oro, aluminio, etc.). Es mayor en polímeros que en metales.
• Maleabilidad: Aptitud de un material para extenderse en láminas sin romperse.
• Dureza: Oposición que ofrece un cuerpo a ser rayado o penetrado por otro. Está relacionada con la resistencia al desgaste.
• Resiliencia: Resistencia que opone un cuerpo a los choques o esfuerzos bruscos.
• Fragilidad: Opuesto a la resiliencia. El material se rompe en añicos cuando una fuerza impacta sobre él.
• Tenacidad: Resistencia que opone un cuerpo a su rotura cuando está sometido a esfuerzos lentos de deformación.
• Fatiga: Deformación que puede llegar a la rotura de un material sometido a cargas variables, inferiores a la de rotura, cuando actúan durante un tiempo o número de veces determinado.

Esfuerzos

• Normales: De compresión, de tracción o tensión.
• De corte.
• De torsión.