3.- Materiales
artificiales
La moderna industria
química ha hecho posible el desarrollo de nuevos materiales. Sin
embargo, no todos los materiales artificiales son modernos; algunos
de ellos provienen de tiempos muy remotos. Los dos materiales
artificiales más antiguos son el vidrio y el papel.
El vidrio es un material
muy fácil de conseguir. Con arena de la playa podríamos obtener
vidrio; la única dificultad estaría en calentarla hasta que
alcanzase una temperatura superior a los 1.000 ºC. Los romanos
empleaban vidrio para elaborar pequeños recipientes. Los principales
componentes del vidrio, en la actualidad, son el sílice, el
carbonato sódico y el carbonato cálcico.
Es un error denominar
“cristal” al vidrio: esta palabra hace referencia a materiales
cuyos átomos están ordenados formando una estructura geométrica,
mientras que el vidrio es un material amorfo desde el punto de vista
molecular. La confusión se debe a que muchos cristales son
transparentes. Cuando el vidrio es de alta calidad se acepta la
denominación de “cristal”: tal es el caso del cristal de
Bohemia.
El vidrio ha conocido
nuevas aplicaciones gracias a las últimas tecnologías. La famosa
fibra óptica, que permite la transmisión de decenas de miles de
comunicaciones simultáneas por un hilo más fino que un cabello
humano, está hecha de vidrio , aunque se trata de un vidrio especial
muy rico en silicio.
Aunque poco a poco está
cediendo ante los modernos medios de comunicación, el papel sigue
siendo el material más utilizado para la difusión del conocimiento
humano. La necesidad de servirse de un soporte suficientemente
flexible y ligero para escribir sobre él es tan antigua como la
propia escritura. El primer material del que se tiene constancia es
el papiro (planta herbácea con un tallo fibroso muy abundante en las
riberas del Nilo). En los lugares en los que no existía el papiro se
usaba el pergamino, que era fabricado a partir de piles de animales
de corral. Ambos materiales requerían un complejo proceso de
elaboración, por lo que a lo largo de la Edad Media fue imponiéndose
poco a poco el uso del papel.
El principal componente
del moderno papel industrial es un componente de la madera, llamado
celulosa. Su elaboración comienza con el triturado de la madera, del
que resulta una pasta que debe someterse a un proceso de refinado
para componer las fibras y eliminar todo lo que no sea celulosa;
luego se añade cola a la pasta para evitar que la tinta se corra al
escribir; a continuación se agrega diversos aditivos, pigmentos y
sustancias aglutinantes; y finalmente se somete la pasta al prensado.
La demanda actual del
papel es alta, lo que contribuye a la deforestación de nuestro
planeta; el papel es un material que se recicla muy fácilmente. El
papel reciclado no es tan blanco como el original y resulta algo más
costoso, pero son inconvenientes menos graves que la muerte de
nuestros bosques. En nuestra mano está evitar ese desastre,
separando nuestros desechos de papel del resto de la basura para
depositarlos en los contenedores adecuados y comprando papel
reciclado.
3.1 Materiales de
construcción: cementos y hormigones
Entre los modernos
materiales de construcción, el acero es el material que ha
contribuido en gran medida a hacer realidad proyectos colosales como
los rascacielos, los puentes colgantes y las presas. Pero semejantes
obras no serían posibles sin otro material: el cemento.
Existen aglomerantes
naturales que se emplean desde hace mucho tiempo. Los egipcios se
valían del yeso y diversas formas de mortero. Los romanos dieron un
paso hacia adelante con el opus caementicium,
compuesto con cal y ceniza volcánica del Vesubio, conocida como
puzolana. Con el fin del Imperio éste cemento cayó en el olvido,
pasando a ser el mortero el principal aglutinante durante toda la
Edad Media. En nuestros días aún se hace cemento con puzolana, pues
es un material que fragua con rapidez.
Hoy
en día existe un tipo de cemento para cada necesidad pero
básicamente todos se elaboran a partir de arcilla y roca caliza
pulverizadas y sometidas a un proceso de cocción. Al producto
obtenido, se le suele añadir un poco de yeso y otros aditivos. Tanto
la composición química como las reacciones que tienen lugar cuando
el cemento entra en contacto con el agua son sumamente complejas,
hasta tal punto de que los fabricantes guardan celosamente el secreto
de la composición y elaboración de los diferentes cementos que
lanzan al mercado. Los componentes químicos del cemento son
silicatos de calcio y a veces otros metales.
En el
año 1824, el inglés Joseph Apsdin patentaba el cemento más
difundido en nuestros días, el cemento Portland, llamado así porque
al endurecerse presentaba el aspecto de las rocas calizas de la
península inglesa de Portland. Cuando el cemento de Portland es
mezclado con agua se desencadena una serie de reacciones químicas
que da como resultado el endurecimiento del cemento hasta adquirir
una consistencia pétrea. El proceso recibe el nombre de fraguado. El
cemento Portland es el más usado en las obras comunes de
construcción, sin embargo las grandes obras de ingeniería requieren
de otros cementos especiales hechos casi a medida.
Con cemento como
aglutinante y diversos componentes áridos se elabora el hormigón,
una piedra artificial capaz de soportar esfuerzos elevadísimos. Si
se añaden gavillas de acero se obtiene un material muy resistente,
llamado hormigón armado.
3.2 Los modernos
materiales artificiales: los polímeros
Los polímeros son
sustancias constituidas por moléculas enormes, resultado de la unión
de un gran número de moléculas de tamaño normal llamadas
monómeros. En bioquímica son muy comunes los polímeros: la
celulosa, el almidón y otras moléculas como las proteínas y el
ADN.
La naturaleza es
capa de producir polímeros que aun superan en prestaciones a sus
equivalentes artificiales. Un buen ejemplo es el colágeno.
La industria
moderna sirve de algunos polímeros naturales como la celulosa, pero
el vertiginoso progreso de la química iniciado en el siglo XIX por
ilustres químicos como Dalton, Mendeleiev, Kekulé ha inundado el
mercado con una asombrosa variedad de polímeros que han
revolucionado la ciencia de los materiales. La mayor parte se
sintetizan a partir de derivados.
Dada la increíble
variedad de polímeros que existen en la actualidad su clasificación
es una tarea difícil. Un primer criterio de clasificación es el
comportamiento de los polímeros ante el calor.
Polímeros
termoplásticos, se reblandecen por acción del calor sin que su
estructura molecular sufran alteraciones.
Polímeros
termoestables una vez enfriados no pueden volver a ser moldeados
por efecto del calor, aunque si se calientan acaban
descomponiéndose.
Según sus
propiedades mecánicas:
Elastómeros:
polímeros capaces de soportar grandes deformaciones sin llegar a
romperse y de recuperar su forma original cuando el esfuerzo
desaparece
Plastómeros:
aquellos al sufrir una deformación no recuperan su forma original
cuando el esfuerzo desaparece. Más conocidos como plásticos.
Muchos polímeros son denominado erróneamente
plásticos.
Fibras:
presentan alta resistencias a las deformaciones ante esfuerzos de
tracción.
Recubrimientos:
sustancias líquidas que pueden extenderse sobre superficies
formando una fina película protectora.
Adhesivos:
capaces de formar fuertes enlaces con las superficies con las que
entran en contacto.
Los polímeros se encuentran por todas
partes: fibras como el nailon, plastómeros como el plexiglás, el
PVC , elastómeros como el neopreno y poderosos adhesivos como el
cianoacrilato. Plásticos también muy conocidos como el
polipropileno y el poliacetileno.
