Universidad Nacional de Trujillo Ingeniería Industrial

I.-TITULO: MATERIALES POLIMERICOS.

II.-OBJETIVOS: Estudiar las aplicaciones de los materiales poliméricos en las diversas ramas de la ingeniería.

III.- FUNDAMENTO TEÓRICO:

INTRODUCCIÓN

La palabra polímeros significa “muchas piezas”, puede considerarse que u material solido polimérico está formado por muchas partes químicas de larga cadenas de moléculas orgánicas. En el caso de materiales poliméricos orgánicos naturales tenemos: celulosa, caucho, petróleo, etc. La celulosa es el polímero orgánico natural de mayor importancia, se encuentra presente en algodón y en la parte leñosa de las plantas. De ella se derivan los polímeros termoplásticos celulósicos.

Los aspectos de su estructura, propiedades, procesado y aplicaciones de dos materiales poliméricos importantes para la industria son: plásticos y elastómeros. Los plásticos son una gran y variado grupo de materiales sintéticos que se procesan mediante el moldeado de la forma. Al que tenemos muchos tipos de metales, como el aluminio y cobre, muchos de estos son el polietileno y el nylon. Los elastómeros o cauchos pueden deformarse grandemente de forma elástica cuando se les aplica una fuerza y pueden volver a su forma original (o casi) cuando se elimina la fuerza.

Los materiales poliméricos orgánicos artificiales, se forman por la unión repetida de moléculas orgánicas sencillas llamadas Monómeros, los cuales tienen por lo menos un enlace doble que se puede abrir bajo influencia de un catalizador o a una temperatura específica.

Tomemos como un ejemplo el caso más sencillo de los polímeros, el polietileno, el cual se

inicia con gas etileno (C2 H 4), que contiene solo dos átomos de carbono, al romperse el enlace

doble, deja dos enlaces libres que permite continuar enlazando Monómeros adicionales hasta formar una macromolécula.

Los finales de la cadena, se enlazan con otras macromoléculas o se cierran con otro radical que recibe el nombre de terminal. El número de monómeros que componen una macromolécula define su grado de polimerización. Las macromoléculas de los polímeros comerciales suelen constar de 1000 a 100,000 monómeros (pueden llegar hasta 500,000 en polímeros denominados de “alta densidad”).

Hay dos formas distintas que pueden dar lugar a una reacción de polimerización. El crecimiento de cadenas (que a su vez se conoce como polimerización por adición) y el crecimiento por etapas (también conocida como polimerización por condensación).

Si una solución intima de diferentes tipos de monómeros se polimeriza, el resultado es un copo limeros.

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Tenemos muchos polímeros importantes, entre ellos el polietileno, están compuestos solo de hidrogeno y carbono.

Otros contienen oxigeno (como los acrílicos), nitrógeno (como los nylon),flúor(como plásticos fluorados), o silicio (como las siliconas).

La producción mundial de polímeros se calcula estar alrededor de unos 90 millones de toneladas, se emplean sobre todo en las industrias del embalaje (43%), en edificaciones (35%),

Industria eléctrica (7%), en transporte (4%) y otros.

Propiedades y aplicaciones de los plásticos

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Los plásticos son muy importantes para la ingeniería. Presentan gran variedad de propiedades, algunas de las cuales son inalcanzables para otros materiales y son relativamente de bajo costo. Por ejemplo el uso de los plásticos para ingeniería mecánica es la eliminación de muchas operaciones de acabado, simplificación del montaje, eliminación de peso, reducción de ruido, y en algunos casos, la eliminación de la necesidad de lubricación en algunas piezas.

En la ingeniería eléctrica y electrónica por sus propiedades aislantes, conectores, interruptores, relés, componentes de ajuste de televisión, bobinas, tarjetas de circuitos integrados y componentes de ordenadores.

Los polímeros suelen clasificarse: en termoplásticos termoestables, elastómeros y espumas o polímeros expandidos.

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A. Polímeros termoplásticos.

Los termoplásticos necesitan calor para hacerlos deformables y después de enfriarse mantienen la forma a la que fueron moldeados. Estos materiales pueden calentarse y volver a moldearlos un buen número de veces sin cambio significativo de sus propiedades.Los polímeros termoplásticos están constituidos por la agrupación de macromoléculas lineales unidas entres si mediante enlaces débiles del tipo Van Der Waals y puente de hidrogeno. Estos enlaces se rompen durante el calentamiento cuando se alcanza una determinada temperatura Tg (glass transition temperatura) denominada temperatura de reblandecimiento o de transición visco elástica.A T >Tg los polímeros se vuelven suaves y deformables; esta plasticidad se debe a la capacidad de las macromoléculas para deslizarse una con respecto a la otra. En los termoplásticos comunes, una temperatura de alrededor de 100ºC es suficiente para romper los enlaces secundarios y permitir una deformación sustancial. En las recientes décadas se ha realizado un gran esfuerzo para producir polímeros con suficiente resistencia y rigidez que pueden ser usados en aplicaciones estructurales, a estos se les denominan como “polímeros de ingeniería”, los cuales mantienen buena resistencia y rigidez hasta 150-175ºCEl material pionero en esta categoría fue el nylon y continua siendo el más importante, se estima que la industria ha desarrollado más de millón d diseños de partes de componentes de ingeniería que incluye el nylon.A T<Tg el polímero termoplástico se comporta como un conjunto enmarañado de largas cadenas unidas entre sí por enlaces débiles; constituyéndose un sólido amorfo. Solo cuando el grado de polimerización es muy grande se llega a obtener una cierta cristalinidad, por plegado repetido de la macromolécula lineal.Un polímero de uso general o constituye el ABS (acrilonitrilo – butadieno-estireno), Que es un ejemplo importante de un “copolimero”, donde las cadenas de acrilonitrilo y estireno son “injertadas” en las cadenas polimérica principal compuesta de polibutadieno.

Los termoplásticos genéricos más comunes y de uso industrial tenemos:

Polietileno de baja densidad Polietileno de alta densidad Polipropileno Poliestireno Cloruro de polivinilo Metacrilato de polimetilo Policarbonatos Politetrafluoroetileno Terftalato de polibutileno Terftalato de polietileno Poliamida Acrilonitrilo – Butadieno – estireno

Algunos ejemplos de termoplásticos:

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1. POLIETILENO

Los polietilenos se presentan en dos modalidades, de alta y de baja densidad:

Los polietilenos de alta densidad (HDPE) se hacen de tal forma que las cadenas de polímero son rectas, lo que permite que están apiñadas, produciendo un material de alta densidad. Al estar las cadenas muy juntas las fuerzas de atracción entre ellas son muy grandes y tienen menos libertad para moverse. El resultado es un plástico bastante rígido, fuerte y resistente. Se ablanda a una temperatura bastante alta (120 – 130 ºC) y es resistente al ataque químico. Aplicaciones: Cajas, juguetes, tuberías, botellas…

Los Polietilenos de baja densidad se fabrican mediante un proceso que produce en las cadenas del polímero bifurcaciones laterales. Estas bifurcaciones impiden que las cadenas se apiñen, y como consecuencia la atracción entre ellas es más débil. El plástico es más blando y más flexible que el polietileno de alta densidad. Hace falta menos energía para separar las cadenas, lo que se traduce en que se ablanda a una temperatura inferior (85 ºC).

Este polímero puede ser transparente u opaco y es muy buen aislante. Es el plástico que probablemente más “consumimos” nosotros.

Aplicaciones: bolsas, sacos de dormir, invernaderos, etc.

2. POLIPROPILENO

Pertenece a la misma familia de plásticos que los polietilenos. Sin embargo es más resistente y más rígido que el polietileno de alta densidad. También presenta mayor resistencia al calor, ablandándose aproximadamente a 150 ºC. Es el termoplástico de menor densidad y sin embargo tiene una resistencia muy grande al hociqué. Otra de sus características más valiosa es su capacidad de ser doblado miles de veces sin romperse.

Aplicaciones: Entre otros productos se fabrican con polipropileno los cubiertos Desechables, los cascos de seguridad, las piezas de fontanería, sillas apilables, juguetes para los niños, etc.

3. PVC (CLORURO DE POLIVINILO)

Se presenta en forma rígida o flexible. El PVC rígido es muy duradero y se usa para hacer canalones y tuberías. El PVC flexible se consigue añadiendo un producto plastificante al PVC.

El producto plastificante tiene moléculas pequeñas que separan las cadenas de polímero haciendo que se atraigan con menos fuerza. Como consecuencia de esta menos atracción el polímero se vuelve más blando y flexible.

Aplicaciones: En su forma blanda el PVC se utiliza como aislante para cables eléctricos, y en la fabricación de alguna ropa impermeable. Si añadimos al PVC una gran proporción de plastificante podremos usarlo para revestir telas, asientos, bolsos, algunos muebles, etc.

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4. ACRÍLICOS

Probablemente el acrílico más conocido es el metacrilato también conocido como plexiglás. El metacrilato puede tener una transparencia parecida a la del cristal o ser opaco. Las dos formas se pueden teñir con pigmentos de color. Sin embargo se puede agrietar y se raya con facilidad. Se le puede dar forma, doblar y torcer cuando se calienta a temperaturas entre 165 y 175 ºC. En frío es muy frágil y hay que tener cuidado para evitar que se agriete cuando se corta o se taladra. También podemos encontrar metacrilato en forma de granulo, para usarlo en máquinas de moldeo por inyección que veremos más adelante, y en esta forma se le conoce como polvo plástico acrílico.

5. NAILON

Se producen muchos tipos diferentes de nailon, que se identifican por un numero, por ejemplo nailon 6.6 o nailon 6.10.Probablemente la forma más conocida del náilon son las fibras, que se usan para la fabricación de alfombras, ropa, cepillos, medias, etc. Es un material bastante duro y resistente al desgaste.

El nailon, además de en fibras se utiliza en piezas mayores para fabricar rieles y accesorios de cortinas, carcasas para enchufes y clavijas, peines, ....etc., y en ingeniería para fabricar piezas móviles de engranajes y cojinetes, debido a su durabilidad y a su pequeño coeficiente de rozamiento, además de su temperatura de fusión bastante alta.

6. POLIESTIRENO

Las dos formas más habituales en las que nos vamos a encontrar el poliestireno son como sólido cristalino transparente y como plástico esponjoso conocido como poliestireno expandido (porexpán).En su forma más “sólida”, es muy frágil, y se puede identificar por el sonido metálico que hace cuando se deja caer. El poliestireno expandido es blando y esponjoso. Durante su elaboración se produce un gas que queda atrapado dentro de su estructura. Tiene buenas propiedades como aislante térmico y acústico y por ello se usa en la industria de la construcción. Además su baja densidad hace que pese muy poco y su naturaleza esponjosa hace que amortigüe bien los golpes, por lo que se usa para embalaje.

B. Polímeros TermoestablesLos plásticos termoestables que adquieren una forma permanente y son cuadros mediante una reacción química, no pueden ser refundidos y remoldeados en otra forma, sino que se degradan

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o descomponen al ser calentados a temperaturas demasiados altas. Los plásticos no pueden reciclarse.

Son contrarios a los termoplásticos, se vuelven duros y rígidos al ser calentados, este fenómeno no se pierde durante el enfriamiento. Esto es característico de las estructuras moleculares tipo reticular a base de uniones covalentes primarias. Algunos de estos polímeros se entrelazan transversalmente mediante el calor aplicado o una combinación calor – presión.

Otros pueden entrelazarse mediante una reacción química que tiene lugar a temperatura ambiente (termoestables endurecidos en frio). Estas uniones entrecruzadas por enlaces covalentes les preserva del paso al estado fluido que existía antes de que la resina plástica fuese tratada.

Debido a ello, los polímeros termoestables no pueden ser recalentados y refundidos como los termoplásticos. Esto es una desventaja de los polímeros termoestables, toda vez que fragmentos producidos durante el proceso no pueden ser reciclados y usados.

La resina termoestable fenolica, más antigua es la bakelita. Los polímeros fenolicos se usan hasta la actualidad por su bajo costo buenas propiedades aislantes eléctricas y térmicas. Son fácilmente moldeados y sus aplicaciones comunes son en dispociones de instalación e interruptores eléctricos, conectores y sistemas de redes telefónicas.

También son usados como tiradores y botones.

Las resinas epóxicas, es otra familia de los polímeros termoestables, usadas comúnmente en materiales compuestos de matriz polimérica con alta resistencia hasta la temperatura del orden de 150ºC. se utilizan también en una amplia variedad de recubrimientos protectores y decorativos por su buena adhesión y gran resistencia mecánica y química. Respecto a sus propiedades mecánicas, los polímeros y los elastómeros, están al otro lado del espectro, y que son analizados en la siguiente. Relación:

Termoplásticos

LDPEHDPEPPPTFEPSPVCPMMANylon

Resinas termoestables

Epoxi

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PoliésterFenol formaldehidoPoliisopropeno PolibutadienoPolicloropreno

Polímeros naturales

Fibras de celulosaLigninaProteínas

Ellos tienen un modulo bajo, aproximadamente cincuenta veces menor que de los metales, como consecuencia de ello su deflexión elástica puede ser muy grande. Ellos fluyen, aun a temperatura ambiente, lo que significa que un componente polimérico bajo carga puede, con el tiempo, adquirir un juego permanente. Además, sus propiedades dependen de la temperatura, de manera que un polímero el cual es tenaz y flexible a 20ºC, puede ser frágil a los 4ºC, y aun fluir rápidamente a los 100ºC.

Ninguno tiene resistencia útil encima de los 200ºC. Cuando en el diseño, es importante la combinación de propiedades tales como resistencia por unidad de peso, los polímeros debido a su baja densidad, compiten con los metales, además los polímeros son fáciles de conformar, lo que permite que partes complicadas puedan ser moldeadas, desde un polímero, en una sola operación. Los polímeros son resistentes a la corrosión, y tiene bajo coeficientes de fricción.

Algunos ejemplos de termoestables:

1. BAQUELITA (resinas fenólicas)

Fue el primer plástico que se fabricó artificialmente a partir de productos químicos. Sele llamo así por el hombre que la fabricó por primera vez (Leo Baekeland).Es un plástico duro y frágil, de un color oscuro y brillante. Es un plástico termoestable, luego resiste el calor sin ablandarse, pero hasta una cierta temperatura, porque a temperaturas muy altas se descompone quedando carbonizado.

La baquelita es un buen aislante térmico y eléctrico, de ahí sus utilidades y aplicacionesen accesorios eléctricos, para hacer mangos de cazos y sartenes, mandos de cocina, mangos para soldadores, etc.

2. MELAMINA (Formaldehido)

Es un polímero incoloro, que se puede teñir con pigmentos de color. Es más dura que la

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baquelita, no tiene sabor ni olor y es buen aislante térmico y eléctrico. Se usa para la fabricación de vajillas irrompibles, tiradores de puertas, encimeras de cocinas....etc.

3. POLIÉSTER

Tiene forma de resina y debe mezclarse con un producto llamado endurecedor. Solidifica y forma un plástico rígido, duro y frágil. Para darle más resistencia se refuerza con una capa de fibra de vidrio.

Aplicaciones: recubrimientos de fibra de vidrio (aviones, embarcaciones, piscinas…) ycomo placas transparentes para cubiertas y tejados.

C. Elastómero.

Los elastómeros son materiales poliméricos cuyas dimensiones pueden variar mucho si son sometidos a esfuerzos, volviendo a sus dimensiones originales (o casi) cuando se retira el esfuerzo. Estos polímeros son macromoléculas de naturaleza lineal de gran longitud (>10,000 monómeros), por lo que las fibras llegan con frecuencia a anudarse entre sí. A diferencia de los termoplásticos, en los elastómeros existen ocasionales enlaces covalentes entre las macromoléculas (aproximadamente de un enlace cada 500 monómeros).Esta característica, también los distingue de las resinas termoestables. Estos ocasionales enlaces transversales, por su naturaleza covalente, no desaparecen por encima de la temperatura Tg. Por ello estos enlaces, juntos con los nudos producidos por el enmarañamiento entre las largas cadenas, dotan a estos materiales a T > Tg, de la capacidad de permitir volver a su forma original después de grandes deformaciones.

Gran parte de la investigación que inicialmente se llevo a cabo sobre los elastómeros, se dirigió hacia el desarrollo de un sustituido del caucho natural para neumáticos, pero este campo se ha expandido ampliamente par producir materiales para fajas transportadoras, espumas, sellos y recubrimientos resistentes al ataque químicos.

D. Métodos industriales de polimerización

Materiales de partida gas natural, petróleo y carbono para producir los productos químicos básicos para los procesos de polimerización. Estos productos químicos son entonces polimerizados mediante muchos procesos diferentes obteniéndose materiales plásticos en forma de gránulos, bolitas, polvo, o líquidos que son posteriormente procesados en productos acabados.

Algunos de los métodos de polimerización química utilizados para producir materiales plásticos son complejos y diversos. La ingeniería química juega un papel importante en su desarrollo y uso industrial y los más importantes tenemos:

d.1 Polimerización en masa

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El monómero y el activador se mezclan en un reactor que es calentado y enfriado según se requiera. Este proceso utilizado extensamente para la polimerización por condensación donde un monómero puede cargarse en el reactor añadirse lentamente. Los procesos en masa pueden utilizarse para muchas reacciones de polimerización por condensación por sus bajos calores de reacción.

d.2 Polimerización por solución

Se disuelve el monómero en un solvente no reactivo que se contiene un catalizador. El calor liberado por la reacción es absorbido por el disolvente y de esta forma se disminuye la velocidad de reacción.

d.3 Polimerización por suspensión

Se disuelve el monómero con un catalizador y entonces se dispersa como una suspensión en agua. En este proceso el agua absorbe el calor liberado por la reacción. Después de la polimerización, el producto polimerizado es separado y secado. Este proceso se utiliza comúnmente para producir mucho de los polímeros del tipo vinilo como el policloruro de vinilo, poliestireno, poliacrilonitrilo, polimetacrilato de metilo.

d.4 Polimerización por emulsión

Este proceso de polimerización es similar al proceso de suspensión puesto que se lleva a cabo en agua. Sin embargo, se añade un emulsor para dispersar el monómero muy pequeñas.

E. Procesado de los materiales

Se utilizan una gran variedad de procesos para transformar los gránulos o bolitas de polímeros en productos con forma definida como laminas, varilla, secciones extrusionadas, tubos o piezas moldeadas finales.

El proceso utilizado depende, en cierta medida, de si el polímero es un termoplástico o d un termoestable. Los termoplásticos normalmente se calientan hasta reblandecerse y se les da forma antes de enfriar. Por otra parte, los materiales termoestables no están completamente polimerizados antes de procesarlo a su forma final.

En el proceso de conformado ocurre una reacción química de entrecruzamiento de las cadenas del polímero en una red de material polimérico. La polimerización final puede tener lugar por la aplicación del calor y presión o por una acción catalítica a temperatura ambiente o temperaturas superiores.

e.1 Moldeo por inyeccióne.2Moldeo por Extrusióne.3 Moldeo por soplado y termomoldeadoe.4 Moldeo por compresióne.5 Moldeo por transferencia

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Entre los métodos más empleados están:

MOLDEO POR INYECCIÓN

Los gránulos se funden en el interior de un cilindro. La pasta formada es empujada por un émbolo o un tronillo para llenar el molde correspondiente a la pieza que se desea fabricar. Este molde consta de dos o más piezas que encajan una con otra formando un hueco con la forma de la pieza que queremos fabricar. Se hace circular agua fría por el interior del molde para reducir el tiempo de enfriamiento de la pieza moldeada y después de un rato se puede abrir el molde y sacar la pieza moldeada. A continuación podremos repetir el ciclo completo para formar otra pieza exactamente igual que la primera. Este tipo de moldeo fabrica productos con dimensiones muy exactas y un acabado de primera calidad. La producción es rápida y el proceso ocasiona muy pocos residuos.

De esta forma se fabrican una gran variedad de productos, como cubos de basura de pedal, cubiertos y recipientes de cocina, carcasas de electrodomésticos, secadoras, aspiradoras, etc., cubos y barreños, juguetes,.......

MOLDEO POR EXTRUSIÓN

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La pasta de gránulos fundidos es empujada por un tornillo y obligada a pasar por un troquel o molde de salida. Este procedimiento se emplea para fabricar piezas “largas”, como tubos, rieles de cortinas, etc.

Según va saliendo por el troquel el producto se deja enfriar en agua templada o con chorros de aire templado. Entonces la extrusión, sin llegar a enfriarse del todo, se corta en trozos, o se enrosca, dependiendo del producto. Este es el proceso que se usa en general con termoplásticos como el polietileno, PVC o nailon.

MOLDEO POR SOPLADO

Se usa como material base un tubo del material plástico extruido, y se insufla aire a presión en el tubo caliente. El tubo de plástico se habrá colocado en el interior de un molde con lo que al insuflar el aire el plástico se dilata y toma la forma del molde. Después bastará con abrir el molde y sacar el producto.

El PVC, el polietileno y el polipropileno se moldean generalmente por soplado. Una variante del moldeo por soplado es el MOLDEO POR VACÍO, que utiliza una lámina termoplástica caliente que se coloca sobre un molde. Se hace salir el aire que queda entre la lámina y el molde, con lo que la lámina se verá forzada a tomar la forma del molde.

Después de un periodo de enfriamiento apropiado la pieza moldeada endurecida puede sacarse del molde. De este modo se fabrican hueveras, cubiteras de hielo y otros muchos envases de alimentos. El acrílico, el poliestireno y el PVC son materiales que se conforman por vacío.

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MOLDEO POR COMPRESIÓN

En este proceso se emplean fuerzas enormes para comprimir una cantidad determinada de polímero dándole forma entre los moldes calientes. El polímero que se usa como materia base está en forma de polvo. Este tipo de moldeo por compresión se utiliza para los plásticos termoestables. El calor del molde inicia la reacción química conocida como degradación. Después de un periodo de tiempo corto, conocido como “tiempo de curado”, la degradación ha concluido y podremos abrir el molde y sacar la pieza moldeada. Estas piezas tienen un acabado de primera calidad, y hay que rematar su fabricación quitándoles la rebaba que queda en la zona de unión de los dos moldes. De este modo se fabrican accesorios eléctricos como clavijas y enchufes, mangos de cazos y cubiertos, asientos de inodoros, etc.

IV.-CONCLUSIONES

Luego de haber confeccionado el presente trabajo estoy en condiciones de apreciar que los polímeros son un material imprescindible en nuestra vida, el cual se encuentra presente en un

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sinfín de objetos de uso cotidiano. Por sus características y su bajo costo, podríamos decir que es un material prácticamente irremplazable, del cual difícilmente podríamos prescindir.

En la época actual resultaría difícil imaginar que alguno de los sectores de nuestra vida diaria, de la economía o de la técnica, pudiera prescindir de los plásticos. Sólo basta con observar a nuestro alrededor y analizar cuántos objetos son de plástico para visualizar la importancia económica que tienen estos materiales.

Dicha importancia se refleja en los índices de crecimiento que, mantenidos a lo largo de algunos años superan a casi todas las demás actividades industriales y grupos de materiales.

El consumo de plásticos sólo se encuentra por abajo del consumo del acero, pero debe tomarse en cuenta que estos tienen una densidad entre seis y sietes veces mayor a la de los plásticos. Por esta razón, el volumen producido de plásticos fue mayor al del acero.

Los plásticos seguirán creciendo en consumo pues abarcando mercado del vidrio, papel y metales debido a sus buenas propiedades y su relación costo-beneficio.

V.-Bibliografía: http://www.monografias.com/trabajos14/polimeros/polimeros.shtml

http://www.buenastareas.com/temas/polimeros-de-ingenieria/0

CUESTIONARIO

1. Defina los materiales poliméricos: plásticos y elastómeros.

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La denominación de los plásticos se basa en los monómeros que se utilizaron en su fabricación, es decir, en sus materias primas.

Plásticos: son una gran cantidad y grupo variado de materiales sintéticos que se procesan mediante el moldeado de la forma.

Elastómeros: material que a temperatura ambiente se alarga bajo una pequeña tensión al menos dos veces su longitud original al eliminar su tensión.

2. Defina un plástico termoplástico y sus aplicaciones.

Material plástico que requiere calor para poder darle forma (plástico) y que después de enfriarlo mantiene su forma. 

En su estructura atómica sus átomos o grupo de átomos se enlazan de forma covalente a la cadena principal de los átomos, la cual la cadena más larga de los átomos está formada por átomos de carbono entrelazados entre sí. 

En las cadenas largas de los termoplásticos los átomos que se enlazan son los de carbono y en algunos casos suelen ser átomos de hidrógeno, oxigeno y azufre. 

3¿Cuáles son las razones del gran crecimiento en el uso de los plásticos en diseños en ingeniería en los últimos años?

Las razones del gran crecimiento es que Presentan una gran variedad de propiedades, que algunas son inalcanzables  para otros materiales y en algunos casos suelen ser de menor precio que los otros materiales. 

Sus ventajas comienzan cuando un plástico llamado “baquelita” se introdujo en 1908 empezó la “era del plástico” y rápidamente se encontraron usos en aislamiento eléctrico, enchufes, relojes, asas para instrumentos de cocina y joyería. Hoy los plásticos se han vuelto tan comunes que apenas nos damos cuenta de que existen.

Casi todos los aspectos de la vida moderna están influenciados positiva y profundamente por el plástico.

Además, también los ingenieros químicos tomaron un papel importantísimo en el desarrollo de la industria de caucho sintético actual. Esto se debe a que la sociedad funciona sobre caucho. Ruedas, mangueras y cintas transportadoras (por no mencionar el calzado) están todos hechos de caucho.

4¿Cuáles son las ventajas de los plásticos para uso en diseños de ingeniería mecánica?

Las ventajas en el uso de los plásticos para ingeniería mecánica son:

La eliminación de muchos operaciones de acabado Simplificación del montaje

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Eliminación de peso Reducción de ruido y en algunos casos, la eliminación de la necesidad de lubricación en algunas piezas.

Al comparar la estructura de un metal y de un plástico, podemos observar que el metal presenta una estructura más compacta y que las fuerzas de unión son distintas a las existentes en los plásticos.

 5¿Cuáles son las ventajas de los plásticos para su uso en diseños de ingeniería eléctrica?

Que tiene una excelente propiedad que es ser un material aislante. 

Ya que los plásticos no disponen de electrones libres móviles, tienen un buen comportamiento como aislantes, es frecuente utilizarlos en la industria eléctrica y electrónica, por ejemplo, para carcasas, aislantes; enchufes, recubrimiento de cable y alambre, entre otros. Por todo esto, son importantes las siguientes propiedades eléctricas:

Resistencia Superficial Resistencia Transversal Propiedades Dieléctricas Resistencia Volumétrica Resistencia al Arco

6) ¿Cuáles son las ventajas de los plásticos para su uso en diseños de ingeniera química?

Que ha podido desarrollar la forma estructural del plástico de una forma en la que al procesarlo  para su uso le ha facilitado el camino a la ingeniería química ya que   no es tan complicada su manufacturación.

En términos generales, por ser los plásticos materiales inertes (no reactivos) frente a la mayoría de las sustancias líquidas, sólidas y gaseosas comunes, muestran mejores propiedades químicas que los materiales tradicionales como papel, madera, cartón y metales, siendo superados únicamente por el

Sin embargo, los plásticos continúan mostrando crecimientos en aplicaciones que requieren contacto con diversos tipos de solventes y materiales corrosivos, aún en los que anteriormente se utilizaba el vidrio, donde lo más importante es seleccionar el tipo de plástico ideal, tomando en cuenta las condiciones de presión, temperatura, humedad, intemperismo y otras que puedan acelerar algún proceso de disolución o degradación. 

7) Defina los siguientes términos: cadena de polimerización, monómeros y polímeros.

Cadena de polimerización: La polimerización es un proceso químico por el que los reactivos, monómeros (compuestos de bajo peso molecular) se agrupan químicamente entre sí, dando lugar a una molécula de gran peso, llamada polímero, bien una cadena lineal o una macromolécula tridimensional.

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Monómeros: es una molécula de pequeña masa molecular que unida a otros monómeros, a veces cientos o miles, por medio de enlaces químicos, generalmente covalentes, forman macromoléculas llamadas polímeros.

Polímeros: está formada por moléculas que pueden ser de tamaño normal o moléculas gigantes llamadas polímeros. Los polímeros se producen por la unión de cientos de miles de moléculas pequeñas denominadas monómeros que forman enormes cadenas de las formas más diversas.

8. ¿De qué árbol se obtiene la mayoría de caucho natural? ¿Qué países tienen grandes plantaciones de estos árboles?

La principal fuente comercial del caucho son las euforbiáceas, del género Hevea, como Hevea brasilensis, son una familia de plantas del orden tricocas, herbáceas o leñosas, dioicas y monoicas, de jugos acres o venenosos y gralte lechosos.

Esta Familia está formada por más de 300 géneros y 7.500 especies. Pertenecen a ella plantas de gran interés económico, como la Hevea Brasiliensis (de cuya savia se obtiene el caucho), la Manihot Suculenta (mandioca o tapioca), Ricinus communis (utilizado como planta medicinal), Euphorbia pulcherrima (Poinsettia o Flor de Pascua), etc.

Producen con frecuencia alergia los pólenes de la Mercurialis y en menor medida el Ricino.Los árboles silvestres de caucho de las selvas sudamericanas continuaron siendo la fuente principal de caucho crudo para la mayoría del siglo19. En 1876 el Británico explorador Henry Wickham (1846-1928) cobrado más de 70,000 semillas de H. brasiliensis, y, a pesar de un rígido embargo, las contrabandeo fuera de Brasil. Las semillas se germinaron exitosamente en los invernaderos de los jardines botánicos Reales en el Londres, y se usaron para establecer la primera de las plantaciones en Ceylon (ahora Sri Lanka) y en otras regiones tropicales del hemisferio oriental.

9) ¿Qué es el látex natural de caucho? Describe brevemente como se produce el caucho en forma bruta?

Las partículas de caucho, que en estado natural aparecen en forma de suspensión coloidal en el látex de las plantas productoras, se encuentran cargadas negativamente y tienen un diámetro que se sitúa entre los 0,5 y los 3 µm. El caucho, que con frecuencia presenta un tono blanquecino, también puede llegar a ser incoloro químicamente, el caucho natural se define como un polímero del metilbutadieno o isopreno (C5H8) cuyo grado de polimerización es de 2500 a 4500. En el caucho natural se pueden hallar dos formas isómeras, diferenciadas por el tipo de unión (que puede ser cis o trans) entre las unidades isoprénicas fundamentales. Mientras la forma cis es la constituyente del caucho normal, la trans es propia de la gutapercha y la balata, considerados cauchos de menor nobleza al tener propiedades diferentes y una utilidad más reducida.

El caucho puro es insoluble en agua, álcalis y ácidos débiles, y soluble en benceno, petróleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de carbono. Con agentes oxidantes químicos se oxida rápidamente, pero con el oxígeno de la atmósfera la oxidación es mucho más lenta.

El caucho natural suele vulcanizarse, proceso por el cual se calienta y se le añade azufre o selenio, con lo que se logra el enlazamiento de las cadenas de elastómeros, para mejorar su resistencia a las variaciones de temperatura y elasticidad. El proceso de vulcanización fue descubierto casualmente en 1839 por Charles Goodyear, quien mejoró enormemente la

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durabilidad y la utilidad del caucho. La vulcanización en frío, desarrollada en 1846 por Alexander Parkes, consiste en sumergir el caucho en una solución de monocloruro de azufre (Cl2S2).

Actualmente más de la mitad del caucho usado hoy en día es sintético, pero aún se producen varios millones de toneladas de caucho natural anualmente.

10¿De que está hecho el caucho natural? ¿Qué otros componentes están presentes en el caucho natural?

Recolección y composición de látex recién extraído. El caucho se obtiene del árbol por medio de un tratamiento sistemático de "sangrado", que consiste en hacer un corte en forma de ángulo a través de la corteza profundizando hasta el cambium.

Una pequeña vasija que cuelga en el tronco del árbol para recoger el látex, jugo lechoso que fluye lentamente de la herida del árbol.

El látex contiene 30 a 36% del hidrocarburo del caucho, 0.30-0.7% de cenizas, 1-2% de proteínas, 2% de resina y 0.5 de quebrachitol.

La composición del látex varía en las distintas partes del árbol; generalmente el porcentaje de caucho (hidrocarburo) decrece del tronco a las ramas y hojas. La época del año afecta a la composición del látex, así como el tipo de suelo y la línea o casta del árbol.

El caucho es una secreción irreversible o producto de desecho del árbol, y cuanto más se extrae, tanto más la planta regenera. El caucho es producido en el protoplasma por reacciones bioquímicas de polimerización catalizadas por enzimas.

I. Titulo: Ejercicios de estructura cristalinas

II. Objetivos:

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2.1 Conocer las diferentes estructuras cristalinas de los diferentes elementos

químicos (CS, BCC, FCC, HPC)

2.2 Aplicar las diferentes teorías y formulas dadas en clase para la solución de

problemas.

2.3 Comprobar y conocer la existencia de pequeñas diferencias entre datos

alternativos de manera práctica y teórica.

2.5 Conocer la aplicación de estas formulas y posteriormente aplicarlas en una

práctica de laboratorio.

II. Fundamento teórico:

Todos los metales, muchos cerámicos y algunos polímeros forman estructuras cristalinas bajo

condiciones normales de solidificación.

La estructura cristalina de un sólido depende del tipo de enlace atómico, del tamaño de los

átomos (o iones), y la carga eléctrica de los iones en su caso).

Existen siete sistemas cristalinos los cuales se distinguen entre sí por la longitud de sus aristas

de la celda (llamados constantes o parámetros de la celda) y los ángulos entre los bordes de ésta.

Estos sistemas son: cúbico, tetragonal, ortorrómbico, romboédrica (o trigonal), hexagonal,

monoclínico y triclínico.

A. Estructura Cristalina Cubica Centrada en el Cuerpo (BCC)

Formada por un atomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro.

Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro alfa, titanio, tungsteno, molibdeno,

niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.Cada átomo de la estructura, está

rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las

diagonales del cubo.

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B. Estructura Cubica Centrada en las Caras (FCC)

Está constituida por un átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. Los metales

que cristalizan en esta estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel.

Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y los átomos de las caras están en

contacto.

C. Estructura Hexagonal Compacta (HCP)

Esta estructura está determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma

hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la celda unitaria. Cada

átomo está rodeado por doce átomos y estos están en contacto según los lados de los hexágonos

bases del prisma hexagonal. Los metales que cristalizan en esta forma de estructura son: titanio,

magnesio, cinc, berilio, cobalto, circonio y cadmio.

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III. Resultados de ejercicios:

1. si el radio atómico del plomo vale 0.175, calcular el volumen atómico de la celdilla

unidad en metros cúbicos.

Solución:

El Pb tiene una estructura FCC:

V =4 R√ 3

V =¿) ³

V = 0.1213nm³

V = 1.213m³.

2. el radio atómico del fierro es de 1.238*10^-10m. Y su celda unitaria es BBC. Calcule el

parámetro de red “a” de la celda unitaria.

El radio tiene una estructura cristalina BCC:

a√3 = 4R

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a = 4 R√ 3

a = 4 (1.238∗1 0−10m)

¿√ 3

¿

a =2.859∗10−10 m

3. suponiendo un metal de estructura cubica simple con los átomos localizados en los

vértices del cubo y tocándose entre sí a lo largo de las aristas del cubo:

(a)¿Cuál es el número de coordinación?

(b)¿Calcular el factor de empaquetamiento atómico?

a) La estructura simple es

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Parámetro de red: a=2R

El número de coordinación es: 6

b) factor de empaquetamiento:

FEA = (numerode atomos por celda )(volumen deceltaatomica)

volumendecelda* 100

Por ser cubica simple:

Numero de átomos por celda=1

Volumen de celda atómica=4/3πR³

FEA =(1 )(4 /3πR ³)

8 R ³* 100

FEA = 52.36 ٪

4. Dado que el radio atómico del niqueles de 0.124nm., calcule el volumen de una celda

unitaria de este metal FCC. Además, tomando en consideración que la masa atómica del

níquel es de 58.69, determinar la densidad del níquel. La determinación experimental de la

densidad de una muestra poli cristalina de níquel produce un valor de 8887kg/m³. ¿A qué

se debe la diferencia entre el valor calculado y el encontrado por vía experimental?

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a)

V =( 4 R

√2) ³

V =4 (1.24∗1 0−8)

√ 2

V = 4.31*10^-29

b)

ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

ρ = ( 4 )(58.69)

(6 . 023∗1023)∗(4 R/ √ 2) ³

ρ = (4 )(58.69)

(6 . 023∗1023)∗¿¿

ρ = 9.0350g³/cm³

ρ = 9.0350kg/cm³

La diferencia de las densidades se debe a que en la estructura existe

5. el molibdeno tiene una estructura cristalina BCC, un radio atómico de 0.1363nm y peso

atómico de 95.94g/mol. Calcular y comparar su densidad con el experimental (8.90g/cm³).

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ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

ρ = (2 )(95.94)

(6 . 023∗1023)∗(4 R/ √ 3)

ρ = (4 )(58.69)

(6 . 023∗1023)∗¿¿

La densidad calculada es:

ρ = 10.21g³/cm³

Densidad experimental:

ρ =8.90g/cm³

6. el paladio tiene un parámetro de red de 0.38902nmy una densidad de 12.02g/cm³.

Determinar los cálculos pertinentes si el paladio tiene una estructura FCC y BCC o

cubica simple.

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ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

12.02 = (numerode atomos por celda )(106.42)

(6 . 023∗1023)∗(0.38902∗10−8) ³

Numero de átomos por celda = (12.02 )(6 . 023∗1023)∗(0.38902∗10−8) ³

(106.42)

Numero de átomos por celda = 4.04 átomos

Entones como el numero de átomos por celda salió 4.04 el paladio pertenece a

una estructura cristalina FCC.

7. calcular el radio atómico del Tántalo sabiendo que el Ta tiene una estructura

cristalina BCC, una densidad de 16.6g/cm³ y un peso atómico de 180g/mol.

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ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

16.69 = (4 )(180)

(6 . 023∗1023)∗(volumende celda)

Volumen de celda = 360

(1669 )(6 . 023∗1023)

Volumen de celda = 360

(9.99∗1 024)

Volumen de celda = 3.30ª

Entonces el radio atómico es:

R =a √ 3

4

R =3.30(√3)

4

R=1.43A

R =0.143nm

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8. el circonio tiene una estructura cristalina HCP y una densidad de 6.51g/cm³.

a) ¿Cuál es el volumen de la celdilla unidad en metros cúbicos?

b) si la relación es de 1.593, calcular los valores de “c” y de “a”.

ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

6.51 = (6 )(91.2221)

(6 . 023∗1023)∗(3 a2c sen 60)

a²c = 547.344

(1.02∗1023)

a²c = 5.366 x 10^-23

Entonces de la relación tenemos:

ca=1.633

c = 1.633a

Reemplazando tenemos:

a³=5.37 x10−23

1.633

a³=32.9 x 10^-24

a=3.20 A =0.32nm

c=1.633 x 3.20

c = 5.23ª = 0.52nm

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9. se adjunta el peso atómico, la densidad y el radio atómico de tres hipotéticas aleaciones.

Determinar para cada caso si su estructura cristalina es FCC, BCC o cubica simple y

justificarlo.

Aleación Peso atómico(g/mol) Densidad(g/cm³) Radio atómico(nm)

A 43.1 6.4 0.122

B 184.4 12.3 0.146

C 91.6 9.6 0.137

A.

ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

6.4 = (numerode atomos por celda )(43.1)

(6 . 023∗1023)∗(2.236 x 10−23)

Numero de átomos por celda = (6.4 )(6 .023∗1023)∗(0.38902∗10−8) ³

(43.1)

Numero de átomos por celda = 2 átomos

Entones como el numero de átomos por celda salió 4.04 el paladio pertenece a

una estructura cristalina BCC.

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B. ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

12.02 = (numerode atomos por celda )(184.4)

(6 .023∗1023)∗()

Numero de átomos por celda = (12.02 )(6 . 023∗1023)∗(0.38902∗10−8) ³

(106.42)

Numero de átomos por celda = 4.04 átomos

Entones como el numero de átomos por celda salió 4.04 el paladio pertenece a

una estructura cristalina FCC.

C. ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

12.02 = (numerode atomos por celda )(106.42)

(6 . 023∗1023)∗(0.38902∗10−8) ³

Numero de átomos por celda = (12.02 )(6 . 023∗1023)∗(0.38902∗10−8) ³

(106.42)

Numero de átomos por celda = 4.04 átomos

Entones como el numero de átomos por celda salió 4.04 el paladio pertenece a

una estructura cristalina FCC.

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10. la forma tetragonal centrada en el cuerpo del estaño tiene los parámetros de

red “a = 0.5831nm” y “c = 0.3182nm” con una densidad de 7.298g/cm³. Calcular el

número de átomos por nodo o vértice.

ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

7.298 = (numerode atomos por celda )(118.71)

6.52x 1022

Numero de átomos por celda = (12.02 )(6 . 023∗1023)∗(0.38902∗10−8) ³

(106.42)

Como es centrada en el cuerpo:

Numero de átomos por celda = (4.008 - 1) átomos

Numero de átomos por celda = 3.008 átomos

Entones como el número de átomos por vértice es 0.376 átomos

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11. Calcular el factor de empaquetamiento atómico del uranio. Los parámetros de

red a, b, c de la celdilla, de simetría ortorrómbica, valen 0.286, 0.587 y 0.495

respectivamente; la densidad es 19.05g/cm³, el peso atómico es 238.03 y el radio

atómico 0.1385.

Hallando el volumen de la celdilla:

V = a x b x c

V = (0.286 x10^-9) (0.587 x 10^-9) (0.495 x 10^-9)

V= 0.08310159 x 10^-27m³.

Hallando el número de átomos por celda:

ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

19.05 = (numerode atomos por celda )(238.03)(6 .023∗1023)∗(0.08310159 x 10−27)

Numero de átomos por celda = (19.05 )(6 . 023∗1023)∗(0.08310159∗1 0−27)

(238.03)

Numero de átomos por celda = 4 átomos

Hallando el factor de empaquetamiento:

FEA = (numerode atomos por celda )(volumen deceldadel atomo)

(volumendecelda)

FEA = ( 4 )(0.01128)

(0.08310159 x10−27)x 100

FEA = 53.56 ٪

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12. el indio tiene una celdilla unidad tetragonal cuyos parámetros de red “a” y “c”

valen 0.459 y 0.495 nm. respectivamente.

a) determinar el número de átomos en la celdilla unidad si el factor de

empaquetamiento atómico y el radio atómico son 0.69 y 0.1625 nm.

respectivamente.

b) calcular la densidad. El peso del indio es 114.82g/mol.

Solución:

a) FEA = (numerode atomos por celda )(volumen deceldadel atomo)

(volumendecelda)

0.69= (numeros deatomos por celda )(4 /3 πR ³)

(0 . 459 x10−9)2(0 . 495 x1 0−9)

Numero de átomos por celda = (0.69 ) (0.459 x1 0−9 )2

(0.495 x 10−9)(4 /3 πR ³)

Numero de átomos por celda = 4 átomos.

b) ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

ρ = (4 )(114.82)

(6.023∗1023)∗(0.759 x10−9 )(0 .495 x10−9)

La densidad es:

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ρ = 7.312g/cm³

13. el titanio tiene una celdilla unidad HCP y la relación de parámetros c/a es 1.58.

si el radio del átomo de titanio es 0.1445nm.

a) determinar el volumen de la celdilla unidad.

b) calcular la densidad del titanio.

Solución.

a)

Área de la base = 6(R ² √ 3

4¿

V= (Área de la base) x c

V=6√3 (0.1445)² (1.58) (0.1445) (2)

V= 9.9 x 10^-29m³

b)

ρ = mV

m = (6atomos /celda) (6.023 x 10^23) (47.88)

m= 4.97 x 10^-12g.

Entonces la densidad es:

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ρ = 4.77 x10−12 g

9.9 x10−29cm ³

ρ = 4.98g/cm³

14. el magnesio tiene una estructura cristalina HCP, una relación de c/a es 1.624 y

una densidad de 1.74g/cm³. Calcular el radio atómico del magnesio.

Solución:

ρ = (numerode atomos por celda )(masa atomica)

Na∗(volumende celda)

1.74 x 10^6g/m³= (6 )(24.31)

(6.023∗1023)∗(a ² c)

a²c = (6 )(24.31)

(6.023∗1023)∗(1.74 x106 g/m ³)

a²c = 13.9179 x10^-29m³

a²c = 139.179 x 10^-30m³

ca=1.625

c = 1.625a

Reemplazando tenemos:

a³=139.179 x 10−30

1.625

a=0.4409nm

c=1.625 x 0.4409

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c = 0.716nm

FEA = (numerode atomos por celda )(volumen deceldadel atomo)

(volumendecelda)

FEA = (6 )(4/3 πR ³)

(1 . 39. 179 x10−30)

FEA= 0.16nm

15. Calcúlese el cambio teórico de volumen que acompaña a una transformación

polimórfica, en un metal puro desde la estructura cristalina FCC a la BCC. Considérese el

modelo atómico de esferas compactas y no hay cambio en el volumen antes y después de la

transformación (en lo real si hay cambios en los radios atómicos)

Solución:

VFCC VBCC

a = ( 4 R√ 2

)³ a = (4 R√ 3

) ³

VBCC=1/2VFCC

ΔV cambio=V BCC−1 /2 V FCC

1 /2 V FCC x 100

Reemplazando tenemos:

ΔV cambio=¿ ) x 100

ΔV cambio=8.866 ٪

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16. El titanio experimenta un cambio polimórfico de la estructura cristalina BCC a la

HCP enfriándolo hasta pasar los 882ºC. Calcular el porcentaje de cambio de volumen

cuando la estructura del cristal cambia de BCC a HCP.la constante de la celdilla unidad

BCC a 822ºCes 0.332nm y la celda unidad HCP tiene a=0.2950nm, c=0.4683nm.

Solución:

VHCP = 3VBCC

VHCP = a²c

VHCP =(0.332 x 10^-9m)²(0.4683m)

VHCP = 0.04075 x 10^-27m³

3 VBCC=3(0.332 x10^-9m)³

3VBCC=0.1098 x 10^-27m³

ΔV cambio=V HCP−3 V BCC

3V FCC x 100

Reemplazando tenemos:

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ΔV cambio =(0.0475 x1 0−27 m ³ )(0.1098 x 1 0−27 m ³)

0.1098 x 10−27 m ³ ) x 100

ΔV cambio = - 62.878 ٪

17. La estructura del hierro cambia de BCC a FCC cuando se calienta a mas de

910ºC¿Cuánto se contraerá 0.1m de alambre de hierro al cambiar su estructura .

Omita cualquier cambio en el radio del alambre , y considere que el radio del atomo de

heirro es de 0.1258nm en la estructura BCC y de 0.1292nm en la estructura FCC ,a la

tierra la temperatura de transición.

abcc = 4 (R)√ 3

afcc = 4 (R)√ 2

abcc = 4 (0.1258)

√ 3 afcc =

4 (0.1292)√ 2

abcc= 0.2905 = 2.905Å afcc = 0.2984 = 2.984 Å

ΔV=V fcc−2V bcc

2 V bcc

ΔV=(2.905)3 2(2.98)3

2(2.987)3 x 100

ΔV= 24.515−48.778

48.778 x 100

ΔV= -45.70%

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18. calcular el diámetro del átomo mayor que puede caber en el centro de una celda

unitaria cubica simple que tiene parámetro de red de 0.4nm.

Solucion:

2R + b = V(0.4)² (0.4)² + (0.4)

2R + b = 3V(0.4)²

0.4+ b = 0.4√3

b = (0.4) (√3-0.4)

b = (0.4) (0.73)

b =0.292nm

Se contraerá: 100% - 45.70% = 44.3%

44.3 nm

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Cuadro de resultados

Problema 01 1.213x10-8m3

Problema 02 2859x10 -10m3

Problema 03 52.36%

Problema 04 887 kg/cm3

Problema 05 1.31 g/cm3

Problema 06 106.528

Problema 07 0.143nm

Problema 08 1.406x10-24m3

Problema 09-A 2 atm

Problema 09-B 4atm

Problema 09-C 4atm

Problema 10 0.376

Problema 11 53.56%

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Problema 12 4

Problema 13 4.98g/cm³

Problema 14 0.141nm

Problema 15 8.866%

Problema 16 -62.878%

Problema 17 4.43nm

Problema 18 0.92nm

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IV. Discusión de resultados

El propósito de este trabajo practico fue la aplicación de las formulas correspondientes en la

solución de problemas planteados. Logrando el objetivo trazado mediante la solución de los

ejercicios planteados.

V. Conclusiones:

Lo cual queda demostrado que la información brindada por el docente ha sido satisfactoria en

la solución de los problemas.

Los ejercicios resueltos nos demuestran las diferencias entre las estructuras cristalinas de las

diversas sustancias a pesar de que se tengan estructuras de un mismo elemento.

Por último nos demuestra que existen diferencias entre los resultados obtenidos en forma

práctica y los obtenidos en forma experimental.

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TRABAJO DE INVESTIGACION

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CAOLINITA

El caolín o caolinita, es una arcilla blanca muy pura que se utiliza para la fabricación de porcelanas y de aprestos para almidonar. Cuando la materia no es muy pura, se utiliza en fabricación de papel. Conserva su color blanco durante la cocción.

Su nombre viene del chino kao = alta y ling = colina, que indicaba, en la provincia de Kiangsi, cerca de Jauchu Fa, el lugar donde los chinos encontraron por primera vez este tipo de arcilla al natural.

Actualmente se encuentra en Peñausende (Zamora, España), Arguisuelas (Cuenca), Carboneras de Guadazaón (Cuenca), Merilles (Asturias), Poveda de la Sierra (Guadalajara, España), Alcoroches (Guadalajara, España), Vimianzo (La Coruña, España), Cornualles (Inglaterra), en Malasia y en la localidad de Mutquín, en el oeste de la provincia de Catamarca, Argentina.

FORMULA QUIMICA

Al2Si2O5(OH)4 ó Al2O32SiO22H2O (disilicato alumínico dihidratado)

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PROPIEDADES FISICAS:

COMPOSICION:

Es silicato de aluminio hidratado formado por la descomposición de feldespato y otros silicatos

de aluminio. Esta descomposición se debe a los efectos prolongados de la erosión. La formación

del caolín se debe a la descomposición del feldespato por la acción del agua y del dióxido de

carbono

Está formado por pequeñas capas hexagonales de superficie plana. En su estructura cristalina se

distinguen dos láminas, una formada por tetraedros, en cuyos vértices se situarían los átomos de

oxígeno y el centro estaría ocupado por el átomo de silicio, y otra formada por octaedros, en

Color Blanco

Raya Blanca

Lustre Mate, nacarada

Sistema cristalino Triclínico

Exfoliación Perfecta

Dureza 1

Densidad 2,6

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cuyos vértices se situarían los átomos del grupo hidróxido y el oxígeno, y en el centro el átomo

de aluminio.

USOS DE LA CAOLINITA EN LA INDUSTRIA:

El caolín es utilizado en la preparación de pinturas de caucho o emulsionadas, ya que por su

blancura es de alto grado de rendimiento. Al mismo tiempo se utiliza como espesante.

Papel: Como carga y recubrimiento del papel. En el acabado de papel de arte y tapiz y

en papel corrugado. Reduce la porosidad y da suavidad y brillo a la superficie.

Refractarios: En la elaboración de perfiles, bloques y ladrillos refractarios, así como en

ladrillos de alta alúmina. En la elaboración de cemento refractario y resistente a los

ácidos. En cajas de arcilla refractaria para cocer alfarería fina.

Cerámica: En la fabricación de sanitarios, comedores, porcelana eléctrica y tejas de

alto grado, vajillas, objetos de baño, refractarios y cajas de arcilla refractaria para cocer

alfarería fina.

Vidrio: En la formulación de placas de vidrio.

Pinturas: En la elaboración de pigmentos de extensión para pinturas y en la fabricación

de tintas. Se usa como dilatador por su inercia química, suave fluidez, facilidad de

dispersión y por no ser abrasivo. En pinturas de agua con liga de aceite, a base de

silicato y al temple; en pinturas para moldes de fundición; en pigmentos para el color

ultramarino. Da suavidad y brillo a la superficie, mejora la durabilidad de la misma y

reduce la cantidad de pigmento necesario.

Plásticos: Es usado como relleno en hules y plásticos y auxiliar en procesos de

filtración. En revestimientos plásticos para ductos y tejas plásticas. Se mezcla bien con

oleoresinas en plásticos y mejora la rigidez y dureza del mismo.

Agroquímicos: Forma parte de los componentes de insecticidas y pesticidas bien como

material de acompañamiento a insecticidas presentados en polvo o bien solo, uso este

hoy en alza para el control de determinadas plagas agrícolas, como por ejemplo la

mosca del olivo1 sobre todo en agricultura ecológica. También se está viendo su uso en

la protección de las quemaduras solares ó golpes de sol en los frutos debido a su

capacidad para absorber las ondas cortas de la radiación solar.

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Farmacéutica: En la elaboración de medicamentos por ser químicamente inerte y libre

de bacterias. (En México su nombre comercial es Kaomycin). También es como agente

adsorbente.

Cosméticos: Es uno de los principales componentes de los cosméticos. Absorbe

humedad, mejora las bases blancas para colores, se adhiere a la piel y tiene textura

suave.

Construcción: Usado como terraplén y como material crudo en la formulación de

crisolita y placas de vidrio. Usado para producir arcillas pesadas. En pistas para

aterrizaje de aviones y en mezclas termoplásticas para techar. Como relleno en linóleo y

en cementos resistentes a los ácidos y refractarios. En cojines de fieltro para páneles o

tableros de metal. En revestimientos plásticos para ductos, ladrillos para pisos y para

sellar mezclas. En mezclas termoplásticas para techar. En el concreto mejora la

durabilidad, remueve el hidróxido de calcio químicamente activo, mejora la porosidad y

la adhesión entre el cemento, la arena y la grava.

Material eléctrico: Es usado en la fabricación de cable eléctrico, en recubrimientos y

aislantes eléctricos. Da resistencia térmica.

Caucho: Para reforzar el caucho y hacerlo más rígido.

Hule: En la industria del hule es usado como carga y por su resistencia a la humedad y

ataque químico. Mezcla bien con el hule, le incrementa la dureza y durabilidad.

Metales: En ruedas abrasivas, para soldar cubiertas en varillas y en material de

adherencia en fundición

Química: En la elaboración de productos como sulfato de aluminio, alúmina y alumbre;

en catalizadores y absorbentes; en el acabado de textiles; en jabón, recubrimientos,

curtiduría y productos de asbesto; en ruedas abrasivas, como material de adherencia en

fundición y para soldar cubiertas en varillas.

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MONTMORILLONITA

La montmorillonita es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de

ellos pertenece a las llamadas arcillas. Es un hidroxisilicato de magnesio y aluminio, con otros

posibles elementos.

Recibe su nombre de la localidad francesa de Montmorillon. Se caracteriza por una

composición química inconstante. Es soluble en ácidos y se expande al contacto con agua. Para

cimentación de construcciones es uno de los terrenos en los que se deben tomar más

precauciones debido a su carácter expansivo.

ESTRUCTURA CRISTALINA:

Estructuralmente se compone por una capa central que contiene aluminio y magnesio

coordinados octaédricamente en forma de óxidos e hidróxidos. Dicha capa central está rodeada

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por otras dos capas. Las capas externas están formadas por óxidos de silicio coordinados

tetraédricamente.

PROPIEDADES FISICAS:

Color Gris-blanco, amarillo, marrón, rosa, azulado

Raya Blanca

Sistema cristalino Monoclínico

Hábito cristalino Cortezas, masas terrosas, agregados foliares y granulares

Dureza 1-2

Densidad 1,7-2 g/cm3

Categoría Mineral

Clase Filosilicatos

Formula Química (Al1,67Mg0,33)[(OH)2Si4O10] Na0,33(H2O)n

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ILLITA

La Illita es un mineral del grupo VIII (silicatos), según la clasificación de Strunz. Es una arcilla

no expansiva, micácea. La illita es un filosilicato o silicato laminar.

Debido a su pequeño tamaño, la identificación certera usualmente requiere análisis de difracción

de rayos X. La illita es un producto de la alteración o meteorización de la moscovita y el

feldespato en ambiente de meteorización hídrica y térmica. Es común en sedimentos, suelos,

rocas arcillosas sedimentarias, y en roca metamórfica. Se diferencia de la glauconita en

sedimentos por análisis de rayos X.

La illita fue descrita en Maquoketa en Calhoun County, Illinois, EEUU, en 1937.

ESTRUCTURA CRISTALINA:

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Estructuralmente la illita es bastante similar a la moscovita o a la sericita con algo más de

silicio, magnesio, hierro, y agua; y ligeramente menos aluminio tetrahédrico y potasio

interlaminar.

FÓRMULA QUÍMICA:

(K,H3O)(Al, Mg, Fe)2(Si, Al)4O10[(OH)2,(H2O)]

PROPIEDASDES FISICAS:

Color Gris-blanco a plateado-blanco, gris verdoso, a veces con oras

tonalidades

Raya Blanca

Transparencia Translúcida

Sistema cristalino Monoclínico

Dureza 1-2

Densidad 2,8 g/cm3

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I. Titulo: La escala de Mohs

II. Objetivos

2.1. clasificar los minerales por sus característica físicas

2.2. discernir los diferentes grados de dureza de los minerales y rocas

2.3. Emplearla en la vida diaria en el campo de los ingenieros industriales.

III. Fundamento teórico

3.1. Mohs, estudió química, matemática y física. Empezó a clasificar los minerales por sus

característica físicas, en vez de por su composición química, como se había hecho

antes. Creó la escala de dureza que todavía se utiliza cómo la escala de Mohs de dureza

de los minerales.

3.2. La dureza de un mineral es una propiedad vectorial, pudiendo presentar un mismo

mineral diversos valores dependiendo de la dirección según la cual se les raye.

3.3. La dureza de un mineral depende de su composición química y

también de la disposición de sus atomos. Cuanto más grandes son

las fuerzas de enlace, mayor será la dureza del mineral.

3.4. Se basa en el principio que una sustancia dura puede rayar a una sustancia más blanda,

pero no es posible lo contrario.

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3.5. Para aplicar la escala de dureza, intenta rallar la superficie de una muestra del mineral

desconocido con una muestra de un mineral de dureza conocida que se encuentra en la

escala (estas son muestras conocidas). Si la muestra desconocida no se puede rallar con

un trozo de calcita (3) pero sí que se puede rallar con un trozo de fluorita (4), entonces

su dureza está entre 3 y 4.

IV. Desarrollo de tema

La escala de Mohs

La escala de Mohs es una relación de diez materiales ordenados en función de su dureza, de

menor a mayor. Se utiliza como referencia de la dureza de una sustancia. Fue propuesta por el

geólogo Friedrich Mohs y se basa en el principio que una sustancia dura puede rayar a una

sustancia más blanda, pero no es posible lo contrario.

Mohs eligió diez minerales a los que atribuyó un determinado grado de dureza en su escala

empezando con el talco, que recibió el número 1, y terminando con el diamante, al que asignó el

número 10.

Cada mineral raya a los que tienen un número inferior a él, y es rayado por los que tienen un

número igual o mayor al suyo.

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El talco

El talco es un silicato de magnesio hidratado con la fórmula química: Mg 3SiO10(OH)2.

Teóricamente contiene 31,7% MgO, 63,5% SiO2 y 4,8%H2O. El talco puro tiene una estructura

similar a la mica y consiste de un “sándwich” formado por una hoja o lámina de brucita y dos

hojas de sílice, que forman capas de silicato de magnesio eléctricamente neutras, unidas con

valencias secundarias débiles. El talco puro exhibe un clivaje basal perfecto y tiene una

sensación resbaladiza como consecuencia de las capas de silicato que se deslizan una sobre otra.

Uso industrial

En la mayoría de los países, la industria del papel es la principal consumidora de talco. Existen

tres usos principales de talco en esta industria: como cobertura, como control del pitch y como

carga. El talco para uso en la manufactura del papel debe ser suave, químicamente inerte, alta

reluctancia, siendo hidrofóbico y organofílico. En la mayoría de los casos, el talco para

cobertura debe ser de menos de 10 micrones, para el control del pitch debe ser más fino que 1

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micrón, y el talco usado como carga no debe exceder los 20 micrones (aunque talcos con mas de

40 micrones son a veces permitidos).

Yeso

El yeso es un producto preparado a partir de una piedra natural denominada aljez (sulfato de

calcio dihidrato: CaSO4· 2H2O), mediante deshidratación.

En estado natural el aljez, piedra de yeso o yeso crudo, contiene 79,07% de sulfato de calcio

anhidro y 20,93% de agua y es considerado una roca sedimentaria, incolora o blanca en estado

puro, sin embargo, generalmente presenta impurezas que le confieren variadas coloraciones,

entre las que encontramos la arcilla, óxido de hierro, sílice, caliza, etc.

En la naturaleza se encuentra la anhidrita o karstenita, sulfato cálcico, CaSO4, presentando una

estructura compacta y sacaroidea, que absorbe rápidamente el agua, ocasionando un incremento

en su volumen hasta de 30% o 50%, siendo el peso específico 2,9 y su dureza es de 2 en la

escala de Mohs.

Uso Industrial

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Es utilizado profusamente en construcción como pasta para guarnecidos, enlucidos y

revoques; como pasta de agarre y de juntas. También es utilizado para obtener

estucados y en la preparación de superficies de soporte para la pintura artística al fresco.

Prefabricado, como paneles de yeso (Dry Wall o Sheet rock) para tabiques, y

escayolados para techos.

Se usa como aislante térmico, pues el yeso es mal conductor del calor y la electricidad.

Calcita

La calcita es un mineral del grupo de los Carbonatos. A veces se usa como sinónimo caliza,

aunque es incorrecto pues ésta es una roca más que un mineral. Su nombre viene del latín Calx,

que significa cal viva.

Uso Industrial

Se utiliza para fabricar cementos y morteros.

como piedras de construcción de caliza y mármol, rocalla y grava también para la

construcción.

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se utiliza como abonos agrícolas para tierras demasiado ácidas.

la calcita transparente para la industria óptica como prismas polarizadores de

microscopios.

La caliza fundida se usa también en la industria metalúrgica del acero y en la

fabricación de vidrio.

fluorita

La fluorita es un mineral muy difundido en la naturaleza. Se presenta formando bolsadas en

forma de geodas o drusas y ocupando fisuras y oquedades. En estado puro es incolora y

transparente, aunque en la mayoría de los casos presenta diversas coloraciones que se pueden

deber a impurezas orgánicas o minerales; los más habituales van del lila al violeta pero la

fluorita también puede ser azul, verde, rosa, anaranjada, amarillo o de tonos menos definidos.

Muchas variedades muestran fluorescencia.

Este mineral suele encontrarse en vetas puras o asociado con menas de plomo, plata o zinc. Es

común en calizas y en dolomitas y, en algunas ocasiones, es un mineral accesorio en pegmatitas

y en otras rocas ígneas.

Uso Industrial

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El uso principal de la fluorita ha sido la producción de ácido fluorhídrico, material

esencial en la fabricación de criolita sintética y de fluoruro de aluminio para la industria

del aluminio.

En la industria química. La fluorita es un flujo común en la fundición de acero.

También es usada, mediante complejos procesos de tratamientos, para la fabricación de

objetivos de aparatos ópticos de alta calidad, como lentes apocromáticas y telescopios.

Apatita

La apatita es un mineral con cristales hexagonales y dureza 5 en la escala de Mohs. Su

composición química aproximada es Ca5(PO4)3(F,Cl,OH). El color es variable aunque

predominan los cristales incoloros, de color parduzco o verdoso

La apatita se encuentra en vetas hidrotermales, pegmatitas y caliza metamórfica además de

sedimentos donde se produce a partir de depósitos orgánicos. Uno de los mayores yacimientos

se encuentra en Marruecos. y la mina Julcani zona Estela (Huancavelica - Angaraes - Lircay).

El esmalte de nuestros dientes y una parte de los huesos es formada por apatita.

Uso Industrial

La apatita es la principal fuente de fósforo y fosfato y por lo tanto imprescindible en la

fabricación de los abonos minerales.

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Ortoclasas

La ortoclasa u ortosa es un mineral del grupo VIII (silicato)s, subgrupo tectosilicatos. Con

fórmula química KAlSi3O8. Es uno de los minerales formadores de las rocas más abundantes en

la corteza terrestre. También se conoce con el nombre de feldespato o feldespato ortosa, pero

estos nombres no son del todo correctos, ya que no definen al mineral sino a un grupo de

minerales del que la ortoclasa forma parte.

Uso Industrial

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En la actualidad, la utilización de la ortoclasa dentro de la industria de las porcelanas

abarca campos amplísimos: desde la elaboración de objetos tanto de uso artístico como

doméstico, hasta la fabricación de aislantes eléctricos, pastas odontológicas, vidrios

especiales y esmaltes cerámicos.

Al formar parte de muchas rocas empleadas como material de construcción, ya sean

granitos o gneises, se encuentra en los bordillos de las aceras y otros tipos de

empedrado, y se utiliza asimismo en los revestimientos de fachadas y en las superficies

de trabajo de cocinas, obradores o laboratorios.

Cuarzo

El cuarzo es un mineral compuesto de dióxido de silicio (también llamado sílice, SiO2). No es

susceptible de exfoliación, porque cristaliza en el sistema trigonal (romboédrico). Incoloro en

estado puro, puede adoptar numerosas tonalidades si lleva impurezas (alocromático). Su dureza

es tal que puede rayar los aceros comunes. []

Uso Industrial

El cuarzo es uno de los Minerales Industriales más importantes: Es fundamental en la

provisión de silício para la elaboración de ferrosilício.

 

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Las variedades coloreadas e incoloras se utilizan a veces como gemas. Otras variedades

como el ágata, además se la destina en la fabricación de morteros de uso en

laboratorios.

El cristal de roca, se utiliza en la fabricación de instrumentos ópticos, aparatos de radio,

aparatos químicos, etc.

Las arenas de cuarzo se utilizan en morteros, mezclas de hormigón, fabricación de

vidrio y para fracturación hidráulica.

 

Topacio

Es un aluminosilicato de fórmula química Al2SiO4(OH, F)2, indicando el paréntesis alrededor de

OH y F que la proporción entre fluoruros (F) e hidróxidos (OH) puede variar en un amplio

rango, aunque su suma siempre será constante.

Su densidad es de 3,5 - 3,6 g/cm³, el color generalmente es amarillo-amarronado; sin embargo, a

menudo se pueden encontrar ejemplares con tonos de ocre, azul, violeta, rojo o, incluso,

incoloro.

Comercialmente se intentan vender algunas variedades de cuarzo con denominación de topacio.

Uso Industrial

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Se utiliza a menudo como piedra preciosa

algunas veces ha sido confundido con el diamante: el llamado Diamante de Braganza

incluido como diamante en la corona portuguesa, es un topacio.

Corindón

El corindón (del sánscrito korivinda) .Está formado por óxido de aluminio (Al2O3).

Se encuentra en la naturaleza bajo la forma de cristales; normalmente, en pegmatitas,

anfibolitas, peridotitas, gneis o mármoles, y menos comúnmente en rocas volcánicas. En forma

amorfa, aparece como escoria en el proceso de unión de rieles de ferrocarril mediante soldadura

aluminotérmica.

Uso Industrial

La variedad roja, conocida como rubí, y la azul, conocida como zafiro, se consideran

piedras preciosas.

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La calidad de gema del corindón se usa en joyería, pero también existen calidades

inferiores que se utilizan para hacer objetos decorativos como esculturas.

Además es un agente abrasivo de gran efectividad, cuando se usa en los sistemas de

SandBlast, para preparación superficial del acero, al que confiere características

sobresalientes de maleabilidad, y trabajos de grabado artístico en cristales, creando bajo

relieves con gran facilidad incluso puede perforarlo y adicionándolo al agua, puede

cortar los metales con ultra alta presión, o el llamado cuchillo de agua

El diamante

En mineralogía, el diamante es un alótropo del carbono donde los átomos de carbono están

dispuestos en una variante de la estructura cristalina cúbica centrada en la cara denominada «red

de diamante». El diamante es la segunda forma más estable de carbono, después del grafito; sin

embargo, la tasa de conversión de diamante a grafito es despreciable a condiciones ambientales.

La mayoría de diamantes naturales se forman a condiciones de presión alta y temperatura alta,

existentes a profundidades de 140 km a 190 km en el manto terrestre. Los minerales que

contienen carbono proveen la fuente de carbono, y el crecimiento tiene lugar en períodos de 1 a

3,3 mil millones de años, lo que corresponde a, aproximadamente, el 25% a 75% de la edad de

la Tierra. Los diamantes son llevados cerca a la superficie de la Tierra a través de erupciones

volcánicas profundas por un magma, que se enfría en rocas ígneas conocidas como kimberlitas

y lamproitas.

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Usos industriales

La producción y distribución de diamantes está grandemente consolidada en las manos de unos

pocos jugadores clave, y concentrados en centros de intercambio de diamantes tradicionales.

Siendo el más importante, Amberes, donde se manejan el 80% de los diamantes brutos, 50% de

todos los diamantes cortados y más del 50% de diamantes brutos, cortados e industriales

combinados.[] Esto hace a Amberes la "capital mundial de diamante" 'de facto'.

V. Conclusiones

5.1. La sencillez de aplicación del método de Mosh resulta muy útil frente a otros métodos

más sofisticados principalmente en la investigación de campo. Una cierta experiencia y

algunos medios auxiliares son suficientes para estimar la dureza de un mineral, pero

los

resultados obtenidos no dejan de ser valores relativos.

5.2. No hay que confundir rayar con dejar huella. Mientras la huella puede ser

limpiada la raya es irreversible. Por ejemplo, la tiza deja una marca sobre la

pizarra, no la desgasta (no la raya).

5.3. Empleando estos objetos comunes se consigue una buena orden de magnitud de dicha

dureza:

La uña del dedo (H = 2.5).

Una moneda de cobre (H = 3).

Una punta de acero, por ejemplo una punta de cuchillo, un clavo etc. (H = 5).

Un fragmento de vidrio (H = 5.5).

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VI. Bibliografía

http://www.segemar.gov.ar

www.gmalicante.org

http://es.wikipedia.org/wiki/Yeso

http://es.wikipedia.org/wiki/Calcita

http://es.wikipedia.org/wiki/Fluorita

http://es.wikipedia.org/wiki/Apatita

http://es.wikipedia.org/wiki/Ortoclasa

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuarzo

http://es.wikipedia.org/wiki/Topacio

http://es.wikipedia.org/wiki/Corind%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Diamante#Mercados_comerciales