Características de los materiales sólidos

Transcripción

1 Características de los materiales sólidos Los materiales sólidos metálicos presentan una serie de propiedades que les otorgan la característica de ser una fuente importante de aplicaciones tecnológicas. Este es el caso del cobre, y de sus aleaciones, que por ser un elemento de estas características, es utilizado ampliamente como materia prima de objetos tecnológico industriales y domésticos. Materiales sólidos pueden ser CONTENIDOS Metálicos No metálicos presentan alto grado de presentan bajo o nulo grado de Conductividad eléctrica Conductividad térmica Maleabilidad Ductibilidad Los materiales sólidos Los materiales sólidos son aquellos que, a temperatura ambiente, tienen sus átomos o moléculas altamente agregados, presentando una fuerza de unión alta y una energía cinética baja. Los sólidos no metálicos Los sólidos no metálicos tienden a aceptar electrones, es decir, a reducirse formando aniones. Sus átomos se unen entre sí a través de enlaces covalentes y mediante enlaces iónicos con un elemento metal. Estos tipos de enlaces determinan que el sólido no metálico tenga baja o nula conductividad térmica, conductividad eléctrica, maleabilidad, ductibilidad y dureza. Los sólidos metálicos Los sólidos metálicos tienen tendencia a oxidarse, es decir, a desprenderse de los electrones de su última capa o capa de valencia, formando de esta manera cationes. Sus átomos se unen entre sí a través de enlaces metálicos o con enlaces iónicos con un no metal, determinando con esto, que estos sólidos tengan una alta conductividad térmica, conductividad eléctrica, maleabilidad, ductibilidad y dureza.

2 La conductividad eléctrica La conductividad eléctrica se define como la capacidad de ciertas sustancias de transmitir la corriente eléctrica. Los sólidos metálicos son buenos conductores de la electricidad ya que en los átomos de los metales hay siempre algún electrón que tiene la tendencia a emigrar porque es periférico y está débilmente unido al núcleo, de manera que el enlace metálico hace que exista un flujo de electrones entre sus átomos. Por ejemplo, el cobre, la plata y el oro son excelentes conductores de electricidad, no así el plástico, la madera, etc., donde no existen los enlaces metálicos. La conductividad térmica La transferencia del calor o conductividad térmica se logra mediante dos mecanismos. El primero es la interacción molecular, en la cual las moléculas de niveles energéticos relativamente mayores (indicados por su temperatura) ceden energía a moléculas adyacentes en niveles inferiores. El segundo mecanismo de transferencia de calor por conducción es el de electrones libres. La facilidad que tienen los sólidos para conducir el calor varía directamente con la concentración de electrones libres, por lo tanto, se espera que los sólidos metálicos puros sean los mejores conductores de calor, ya que presentan mayor cantidad de electrones libres. La concentración de electrones libres varía considerablemente en las aleaciones metálicas y es muy baja en los no metales. La facilidad con que el calor viaja a través de un material lo define como conductor o como aislante térmico. Ejemplos de buenos conductores son los metales como el cobre, la palta, el oro, etc, y de buenos aislantes, los plásticos, maderas, aire. CONTENIDOS La maleabilidad La maleabilidad es la característica que tiene un material para deformarse antes de fracturarse. Esta es una característica muy importante en el diseño de estructuras, puesto que un material maleable es usualmente también muy resistente a cargas de impacto (pesos y fuerzas). Un material maleable tiene, además, la ventaja de avisar cuando va a ocurrir la fractura, al hacerse visible su gran deformación. También se dice que la maleabilidad es la capacidad de un material para formar láminas. Los metales son muy maleables porque la disposición de sus átomos hace que al golpearlos se deslicen unos sobre otros sin romperse, a diferencia de los no metales que son rígidos. La ductibilidad La ductibilidad es la propiedad de los metales para formar alambres o hilos de diferentes grosores. Los metales se caracterizan por su elevada ductibilidad, la que se explica porque los átomos de los metales se disponen de manera tal que es posible que se deslicen unos sobre otros y por eso se pueden estirar sin romperse

3 Explicándonos los materiales en la vida cotidiana A partir de tus conocimientos sobre las propiedades físicas de los metales y no metales, explica el uso y las soluciones a los diferentes problemas: 1. Los cables eléctricos son de cobre y no de plástico porque: 2. Los cables eléctricos están rodeados de plástico porque: 3. Los extremos de los cables eléctricos son de metal porque: 4. La longitud que alcanzan los cables en los tendidos eléctricos se debe a que están hechos de cobre. Esto es posible porque: APLICACIÓN PRÁCTICA 5. Las teteras son de metal y no de cerámica (sólidos no metálicos) porque: 6. Si dejo mucho tiempo la cuchara de acero en la sopa caliente y luego tomo un sorbo con ella me voy a quemar porque: 7. Una casa con paredes y techo de metal no es recomendable porque: 8. Los anillos metálicos son generalmente más diversos en tamaños y formas en comparación a otros materiales no metálicos porque: 9. No se deben colocar utensilios metálicos en el microondas porque:

4 Sector: Ciencias. Subsector: Química. Nivel: Primer Año Medio (NM1). Descripción general La información entregada en el texto Características de los materiales sólidos se refiere a los aspectos diferenciales de las propiedades físicas de los metales y no metales, en cuanto a su conductividad térmica, eléctrica, maleabilidad y ductibilidad. Esta instancia se vincula para aplicar el concepto de propiedades y usos de la materia al momento de tratar el contenido de la unidad Los Materiales de programa de estudio de Primero Medio. Este contenido se relaciona con el proceso productivo del cobre en su etapa de reparación de piezas y desgastes de maquinarias, ya que esta división del proceso necesita conocer las propiedades físicas del los materiales metálicos para poder utilizarlos en la industria y en el hogar. Se ofrece una actividad práctica en que se aplican los conceptos de propiedades físicas de los materiales metálicos y no metálicos, encontrando la explicación de algunas soluciones a problemas de la vida diaria. PARA EL DOCENTE Objetivos fundamentales Objetivos transversales Contenidos Conceptos claves Distinguir las propiedades físicas y químicas de distintos materiales y conocer las modificaciones y límites en que ellas pueden variar. Experimentar, observar y analizar procesos químicos en contextos diversos. Exponer ideas, opiniones, convicciones, sentimientos y experiencias de manera coherente y fundamentada. Resolver problemas a través del uso de herramientas y procedimientos basados en una actitud reflexiva y metódica. Analizar, interpretar y sintetizar información y conocimientos. Manipulación y clasificación de materiales. Materiales. Metales. No metales. Conductividad térmica. Conductividad eléctrica. Maleabilidad. Ductibilidad. Aprendizajes posibles Reconocer las diferencias entre sólidos metálicos y no metálicos. Comparar sólidos metálicos y no metálicos en relación a sus características y propiedades. Comprender que las propiedades macroscópicas de los materiales tienen una explicación en la organización de los átomos que los constituyen. Reconocer los materiales metálicos por su mayor conductividad térmica, a diferencia de los no metales. Reconocer que los metales son materiales capaces de conducir la corriente eléctrica y los no metales como materiales que normalmente no lo hacen. Distinguir a los metales por su capacidad de maleabilidad y ductibilidad y a los no metales por su rigidez.

5 Otras oportunidades de aprendizaje Desarrollar la habilidad de observar y describir fenómenos. Extraer conclusiones a partir de problemas cotidianos. Sintetizar ideas e información. Comunicar verbalmente ideas y saberes. Descubrir algunas aplicaciones del conocimiento científico en la vida cotidiana. Criterios de Evaluación Distingue sólidos metálicos y no metálicos. Compara sólidos metálicos y no metálicos. Relaciona las propiedades macroscópicas de los materiales con la organización de los átomos que los constituyen. Reconoce los materiales metálicos por su mayor conductividad térmica, a diferencia de los no metales. Reconoce que los metales son materiales capaces de conducir la corriente eléctrica. Distingue a los metales por su capacidad de maleabilidad y ductibilidad y a los no metales por su rigidez. Aplica las características de metales y no metales a las soluciones de problemas tecnológicos de la vida diaria. PARA EL DOCENTE

6 Evaluación Formativa Nombre: Curso: Fecha: 1. Compara el cobre con la madera, usando los conceptos de metal y no metal. PARA EL DOCENTE 2. Señala 2 ejemplos de objetos tecnológicos, que si no fuera por su constitución metálica, perderían su utilidad práctica. 3. Relaciona la presencia de los enlaces metálicos de los átomos y las propiedades macroscópicas de la materia que constituyen 4. Por qué los mangos de ciertas ollas o sartenes son de plástico?

7 Enlace metálico El enlace metálico es característico de los elementos metálicos. Este es un enlace fuerte, primario, que se forma entre elementos de la misma especie. Al estar los átomos tan cercanos unos de otros, interaccionan los núcleos junto con sus nubes electrónicas empaquetándose en las tres dimensiones, por lo que quedan rodeados de tales nubes. Estos electrones libres son los responsables de que los metales presenten una elevada conductividad eléctrica y térmica, ya que éstos se pueden mover con facilidad si se ponen en contacto con una fuente eléctrica. Además, le otorgan el brillo y la maleabilidad a los metales. Las estructuras metálicas tienen algunas propiedades muy características, en el cristal cada átomo tiene un número de coordinación muy elevado y la estructura presenta una conductividad eléctrica y térmica muy grande. El empaquetamiento de los átomos en el cristal es de tal forma que los mantiene muy próximos entre sí, lo que da lugar a que haya una gran superposición de los orbitales de los electrones externos y que los electrones de valencia no estén asociados con un núcleo especial sino que estén completamente deslocalizados sobre todos los átomos de la estructura. Un metal se puede considerar como un conjunto de iones positivos, que en general son esferas de radio idéntico, empaquetados de forma que dejan libres entre ellos el menor espacio posible. Coeficientes de Conductividad Térmica (W/m ºC) Materiales Coeficiente de conductividad térmica CO 2 0,015 MATERIAL COMPLEMENTARIO Freón 12 0,073 Helio 0,141 Aire 0,24 Agua 0,556 Vidrio 0,78 Mármol 1,83 Cuarzo 41,6 Fierro 73 Aluminio 202 Cobre 385 Plata 410