3.- Materiales artificiales

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.