2.1. Propiedades físico químicas

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Propiedades fisicoquímicas
 
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.

Ahora estudiaremos cada una de las propiedades físicoquímicas de los materiales.
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.
Ejemplo de materiales conductores y aislantes.
Imagen 14. Isftic.
Creative Commons

Conductividad eléctrica

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.

Conductividad térmica
Imagen 15. Isftic. Creative Commons.
Conductividad térmica

 

Es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso del calor a su través.

 

El material del que están hechas las sartenes, ollas..., debe ser conductor térmico, para que transmita el calor desde el fuego hasta los alimentos.

El imán tiene propiedades magnéticas.
Imagen 16. Isftic. Creative Commons.
Magnetismo
 
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.

Transparencia del cristal de las gafas
Translucidez del alabastro de la tulipa
Opacidad de la madera de la puerta
Imagen 17. Galería de Office.
Creative Commons. 
Imagen 18. Wikimedia.
Creative Commons. 
Imagen 19. Isftic.
Creative Commons. 

Peso específico

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
 0.430 Aluminio 2.690
Aceite de oliva
 0.915 Titanio 4.450
Agua destilada
 1.000 Acero fundido 7.880
Ácido sulfúrico
 1.848 Cobre 8.900
Magnesio 1.740 Plomo 11.34

 

 

Icono IDevice 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.


Icono de iDevice Ejemplo o ejercicio resuelto
Un determinado material cuyo volumen es 1.84 dm3 presenta una masa de 4,73 kg, ¿Cuál es su densidad? ¿De qué material se trata?
RECUERDA: la densidad se define como la relación existente entre masa y volumen.

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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?
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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?

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) e 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
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¿Te imaginas que pasaría si, cuando hiciera mucho calor, las vías del tren se dilataran?
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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.


Icono de iDevice 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.

 


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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?
Agua en estado sólido.
Imagen 20. Isftic. Creative Commons.

Punto de congelación

Es la temperatura a la cual un líquido se transforma en sólido.

El agua, por ejemplo, tiene su punto de congelación, como todos sabemos, en 0ºC.

 

Agua hirviendo
Imagen 21. Isftic. Creative Commons.

Punto de ebullición

Es la temperatura a la cual un líquido se transforma en gas.
La cera debe tener un punto de fusión bajo
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 aptitud 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
El coeficiente de dilatación
Conductividad térmica



¿Qué propiedades físico-químicas son determinantes a la hora de elegir el material para construir una silla para el jardín?
Peso específico
Conductividad térmica
Resistencia a la oxidación



¿Qué propiedades físico-químicas son determinantes a la hora de elegir el material para construir una puerta?
Conductividad eléctrica
El coeficiente de dilatación
Ópticas



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