Son las que nos informan sobre el comportamiento del material ante
diferentes acciones externas, como el calentamiento, las deformaciones
o el ataque de productos químicos.
Estas propiedades son debidas a la estructura
microscópica del material; es la configuración electrónica de un átomo
la que determina los tipos de enlaces atómicos y son éstos los que
contribuyen a forjar las propiedades de cada material.
Calor específico
Es la cantidad de energía necesaria para aumentar 1ºC la temperatura de un cuerpo.
Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicha sustancia para
experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor.
Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a su través.
Según esta propiedad los materiales pueden ser conductores (cobre, aluminio), aislantes (mica, papel) o semiconductores (silicio, germanio).
El ejemplo de la tijera de electricista es muy representativo. Utiliza un material conductor para lo que es la tijera, debido a sus propiedades de resistencia mecánica, pero un material aislante en la zona donde las agarramos, para evitar problemas de descargas eléctricas cuando las utilizamos.
Según el comportamiento ante los campos magnéticos, los materiales pueden ser:
diamagnéticos (oro, cobre), cuando se oponen a un campo magnético aplicado, de modo que en su interior se debilita el campo
paramagnéticos (aluminio, platino) cuando el campo magnético en su interior es algo mayor que el aplicado
ferromagnéticos (hierro,
níquel) cuando el campo se ve reforzado en el interior de los
materiales. Estos materiales se emplean como
núcleos magnéticos en transformadores y bobinas en circuitos eléctricos
y electrónicos.
Ópticas
Son las que determinan la aptitud de un material ante el paso de la luz a su través.
Un material puede ser transparente, (vidrio, celofán) cuando permite ver claramente objetos situados tras él, traslúcido (alabastro, mármol) cuando deja pasar la luz pero no permite ver nítidamente a su través y opaco (madera,cartón) cuando impide que la luz lo atraviese.
Es la relación entre la masa y el volumen de un material, y se conoce con el nombre de densidad.
DENSIDAD DE ALGUNOS MATERIALES (kg/m3)
Madera de abeto
430
Aluminio
2.680
Aceite de oliva
915
Titanio
4.450
Agua destilada
1.000
Acero fundido
7.880
Ácido sulfúrico
1.848
Cobre
8.900
Magnesio
1.740
Plomo
11.340
Curiosidad
¿Qué pesa más, un kilo de hierro o un kilo de paja?
¿Cuántas veces nos han hecho esta pregunta?
¿Y cuántas veces nos hemos equivocado?
Todos sabemos que pesan igual, pero...
Lo que sucede es que tienen un peso específico muy diferente (la misma masa ocupa volúmenes muy distintos), y si contestamos sin pensar...podemos llegar a decirlo mal.
Ejemplo o ejercicio resuelto
Un determinado material cuyo volumen es 1.84 dm3 presenta una masa de 4,93 kg, ¿Cuál es su densidad? ¿De qué material se trata?
RECUERDA: la densidad se define como la relación existente entre masa y volumen.
Calculamos la densidad utilizando su ecuación
En primer lugar pasamos los dm3 a m3
1,84 dm3 :1000 = 0,00184 m3
Con este resultado vamos a la tabla en la que se nos muestran las densidades de distintos materiales y observamos que coincide con la del aluminio. Por lo tanto se trata de aluminio.
AV - Reflexión
Un recipiente contiene 735 cm3 de un fluido, se introduce en él una esfera cuyo peso es 591 g y se comprueba que el nivel del depósito asciende hasta 810 cm3. ¿De qué material es la esfera introducida?
Igual que has visto en el ejercicio anterior, vas a tener que calcular la densidad del material, y una vez conocida ir a la tabla de densidades e identificar el material.
La dificultad de este ejercicio está en que no te dan el volumen de la esfera, pero lo puedes calcular fácilmente restando el volumen del depósito antes y después de introducirla.
Una vez hechos los cálculos, te tiene que salir que la densidad es de 7.880 kg/m3 (cuidado con las unidades) y que por lo tanto, se trata de acero fundido.
AV - Reflexión
Un cubo de 50 mm de lado tiene una masa de 1.35 kg y otro de 60 mm de 1.43 kg. Si ambos se sumergiesen en agua simultáneamente, ¿cuál de los dos se hundiría más rápidamente?
Se hundirá más rápidamente el que tenga más densidad.
Tendremos que calcular la densidad de cada uno para compararlas. ¡¡Mucho ojo con el cambio de unidades!! (recuerda que en volumen cada paso de la escala va de 1000 en 1000)
En este caso tampoco nos dan el volumen, así que deberemos calcularlo considerando que lo que tenemos son cubos, y que su volumen es el lado al cubo.
Obtenemos que el primer cubo tiene una densidad de 10.800 kg/m3 y el segundo de 6.620 kg/m3, por lo que se hundirá antes el primero.
Dilatación térmica
Es la variación de dimensiones que sufren los materiales cuando se modifica su temperatura.
Esta variación viene dada por la expresión:
Donde Li es la longitud inicial, k el coeficiente de dilatación lineal (depende de cada material) y ΔT es el incremento de temperatura.
En la siguiente tabla tienes los coeficientes de dilatación de materiales usuales.
COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL (ºC-1)
Vidrio
8.4 10-6
Madera
3.9 10-6
Acero
1.2 10-5
Fundición
1.3 10-5
Cobre
1.7 10-5
Zinc
3.1 10-5
AV - Reflexión
¿Te imaginas que pasaría si, cuando hiciera mucho calor, las vías del tren se dilataran?
Pues si, como hemos visto, con el calor las vías aumentarían su longitud, con lo que se "abombarían", y el tren...
Para evitar este problema se ponen unas juntas de dilatación (espacios sin material), que se "rellenan" cuando el material se dilata, con lo que las vías no sufren ninguna deformación.
Esta misma solución se adopta en los puentes. Todos, cuando vamos en coche y pasamos por un puente, nos hemos dado cuenta de que hay unos pequeños baches que cruzan la calzada. Ahí están "escondidas" las juntas de dilatación.
Curiosidad
El agua, en lo que a la dilatación se refiere, no sigue la conducta de los demás cuerpos. En este enlace tienes una pequeña explicación de cuál es el motivo y de por qué es providencial para la vida marina en las zonas árticas.
Ejemplo o ejercicio resuelto
En el tendido de una línea de ferrocarril cuyos raíles son de fundición, ¿a qué distancia mínima se deben colocar dos raíles consecutivos si tienen una longitud de 30 m y la temperatura en la zona oscila entre 38ºC en verano y -13ºC en invierno?
AYUDA: La distancia mínima a que deben colocarse dos raíles es justo la longitud que la fundición se puede dilatar en verano.
Utilizaremos la expresión de
El valor de k lo buscaremos en la tabla que tenemos más arriba. Como el material es fundición, el coeficiente de dilatación será de 1.3 10-5 ºC-1.
Sustituyendo en la fórmula
Luego la separación mínima será de aproximadamente 20 mm.
AV - Reflexión
En una línea de distribución eléctrica la longitud del cable de cobre entre dos apoyos es de 112 m. Si la temperatura ambiente es de 13ºC, ¿Cuál es la máxima temperatura que puede alcanzar, si no debe incrementar su longitud más de 30 mm?
Deberemos calcular el incremento de temperatura permitido, para lo que aplicaremos la expresión de la dilatación
aunque antes tendremos que buscar en nuestra tabla el coeficiente de dilatación del cobre.
Calculamos (cuidando con las unidades) que el incremento de temperatura máximo es de 15,75ºC.
Como la temperatura ambiente es de 13ºC, la máxima temperatura que se puede alcanzar es de (13 ºC + 15,75 º C = 28,75ºC)
La temperatura máxima que debe alcanzar es 28,75ºC.
Es la temperatura a la cual un líquido se transforma en gas.
Imagen 22. Galería de Office. Creative Commons
Punto de fusión
Es la temperatura a la cual un cuerpo en estado sólido se transforma en líquido.
TEMPERATURA DE FUSIÓN (ºC)
Fósforo
44
Vidrio
450
Azufre
111
Aluminio
660
Estaño
231
Cobre
1083
Plomo
327
Hierro
1539
Zinc
419
Titanio
1800
Resistencia a la corrosión
La corrosión es el comportamiento que tienen los materiales al estar en contacto con determinados productos químicos, especialmente ácidos en ambientes húmedos.
Resistencia a la oxidación
La oxidación es la capacidad de los materiales a ceder electrones ante el oxígeno de la atmósfera.
AV - Pregunta de Selección Múltiple
¿Qué propiedades físico-químicas son determinantes a la hora de elegir el material para construir una cazuela?
El punto de fusión
Correcto
Incorrecto!
El coeficiente de dilatación
Correcto
Incorrecto!
Conductividad térmica
Correcto
Incorrecto!
A nadie nos gustaría que cuando estuviésemos cocinando la cazuela se nos "derritiese", por lo que es importante tener en cuenta el punto de fusión.
El coeficiente de dilatación no es una propiedad determinante. El material se dilatará puesto que se calienta, pero a nadie le importa si su cazuela se hace "un poco más grande".
La conductividad térmica es la propiedad más importante. La cazuela debe "pasar" el calor del fuego hasta los alimentos, para que éstos se cocinen.
¿Qué propiedades físico-químicas son determinantes a la hora de elegir el material para construir una silla para el jardín?
Peso específico
Correcto
Incorrecto!
Conductividad térmica
Correcto
Incorrecto!
Resistencia a la oxidación
Correcto
Incorrecto!
Nos interesa que la silla pese poco, porque la vamos a cambiar muchas veces de sitio, así que el material del que esté hecha ha de tener un peso específico pequeño.
También habría que considerar que, cuando nos sentemos en ella después de haber estado al sol, no nos quememos: por tanto deberá tener poca conductividad térmica.
Debemos considerar también que va a estar a la intemperie, soportando lluvia, humedad..., por lo que el material del que esté hecha debe ser resistente a la oxidación.
¿Qué propiedades físico-químicas son determinantes a la hora de elegir el material para construir una puerta?
Conductividad eléctrica
Correcto
Incorrecto!
El coeficiente de dilatación
Correcto
Incorrecto!
Ópticas
Correcto
Incorrecto!
El que conduzca o no la corriente eléctrica no es, en principio, significativo.
Si el coeficiente de dilatación es grande, en verano la puerta se nos dilataría y sería dificultoso el abrirla y cerrarla, por lo tanto éste debe ser pequeño.
Normalmente una puerta nos aisla de algo, por lo que ésta debe estar hecha de un material opaco, que no permita ver lo que hay al otro lado. Las propiedades ópticas son, por tanto, importantes también.
Importante
Curiosidad
Ejemplo o ejercicio resuelto
AV - Reflexión
AV - Pregunta de Selección Múltiple