¿Qué papel desempeñan el enlace y la estructura en el diseño de materiales? 4 h

PRÁCTICA: Propiedades vs enlace

La ciencia de materiales trata de la comprensión de la estructura y propiedades de un material y su aplicabilidad. El tipo de enlace es uno de los sistemas de clasificación de materiales, y de acuerdo con él podemos distinguir:

Material	Enlace	Características
Metales	Metálico	Duros, maleables, buenos conductores del calor y la electricidad. Las aleaciones metálicas han aumentado sus aplicaciones
Cerámicas	Iónico	Cristalinos, frágiles, aislantes tanto térmicos como eléctricos
Polímeros	Covalente	Químicamente inertes, aislantes térmicos y eléctricos, ligeros, fácilmente moldeables
Composites		Las propiedades del composite son distintas a las de las fases que la componen por separado, que mantienen su enlace individual

El diagrama triangular de Van Arkel permite clasificar un material según su enlace, usando la electronegatividad:

Las aleaciones se pueden considerar como disoluciones de un metal en otro, aunque a veces, puede entrar un no metal como el C o el P. En cualquier caso, son mezclas homogéneas, y se suelen hacer mezclando los componentes en estado líquido y dejando luego enfriar hasta solidificar.

Las aleaciones se dividen en ferrosas (que incluyen a los aceros, con hasta un 2% de C) y no ferrosas (que generalmente incluyen al cobre, como el bronce Cu/Sn o el latón Cu/Zn). Las aleaciones tienen propiedades diferentes a las de sus constituyentes por separado. Por ejemplo: suelen ser más duras, dado que al existir irregularidades en la estructura, se evita el fácil deslizamiento de unas filas de átomos sobre otros; el latón es más resistente que el cobre y menos propenso a la corrosión; el acero inoxidable (con Cr, Ni y C) resiste la oxidación incluso en caliente.

Otra de las propiedades interesantes de metales y aleaciones es su respuesta a los campos magnéticos:

Los materiales paramagnéticos son atraídos por el campo magnético, contienen electrones desapareados
Los materiales diamagnéticos son repelidos débilmente por el campo magnético, todos sus electrones están apareados
Los materiales ferromagnéticos tienen la propiedad de retener la orientación del campo magnético inducido en él previamente, resultando en un campo magnético permanente. Es lo que le ocurre al hierro cuando se calienta en el seno de un campo magnético y luego se enfría

Los polímeros son macromoléculas formadas por largas cadenas resultantes de la unión de muchas unidades pequeñas idénticas denominadas monómeros, de forma análoga a como se forma una cadena por la unión de muchos eslabones idénticos.

Cuanto mayor sea la longitud media de la cadena, mayores serán las fuerzas intermoleculares y por lo tanto, la dureza y el punto de fusión del polímero. Además, otros aspectos estructurales también tienen gran incidencia en sus propiedades:

Ramificaciones. La presencia de cadenas laterales "colgando" de la cadena principal limita el grado de empaquetamiento de las cadenas y sus interacciones, haciendo que tengan menos densidad y puntos de fusión inferiores a polímeros sin ramificaciones o con menos. El ejemplo típico es el polietileno de alta y baja densidad (HDPE vs LDPE)
Orientación de las cadenas laterales. En función de si éstas están ordenadas de un modo u otro, los polímeros resultantes pueden diferir de modo importante en propiedades porque inciden igualmente en el grado de empaquetamiento de las cadenas.

Los polímeros de condensación se producen cuando en la reacción que une los nomómeros se elimina una pequeña molécula, típicamente agua, amoniaco o algún haluro de hidrógeno. En ese sentido, las macromoléculas biológicas son polímeros de condensación y se descomponen por hidrólisis. A continuación se muestra la estructura del almidón, un polímero de condensación hecho a base de glucosa:

A veces el monómero tiene los dos grupos que reaccionan entre sí, como en el almidón y la silicona (abajo) y en otras, hay dos moléculas, cada una con dos grupos de un tipo, que van uniéndose entre sí formando la cadena polimérica.