Materiales

TEMA 1: Materia y Minerales

1. INTRODUCCIÓN (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

2. ELEMENTOS QUÍMICOS: EL ÁTOMO

3. ENLACES QUÍMICOS

a. Fuertes (covalente, iónico, metálico)

b. Débiles (Fuerzas de Van der Waals)

4. MINERALES

a. Estructura cristalina (vs otras microestructuras)

b. Composición química

c. Propiedades Físicas

• Densidad

• Brillo

• Dureza

• Forma Cristalina

• Exfoliación

• Color

d. Clasificación mineralógica (Clasificación de Strunz, 1970)

• Clase I: Elementos nativos

• Clase II: Sulfuros

• Clase III: Óxidos

• Clase IV: Halogenuros

• Clase V: Carbonatos

• Clase VI: Sulfatos

• Clase VII: Fosfatos

• Clase VIII: Silicatos

e. Comportamiento de los minerales

• Durabilidad

• Propiedades mecánicas

• Propiedades térmicas

• Propiedades eléctricas.

1. INTRODUCCIÓN (Materia, estados de la materia, materiales de construcción)

La materia es toda sustancia que ocupa espacio y masa. Puede presentarse en cuatro estados: sólido, líquido, gaseoso y plasma.

Los materiales de construcción son materiales naturales y elaborados, orgánicos e inorgánicos con fines constructivos. Dentro de estos materiales de construcción están los materiales geológicos, que son aquellos materiales naturales e inorgánicos.

2. ELEMENTOS QUÍMICOS: EL ÁTOMO

Los elementos químicos son sustancias puras que hacen referencia a una clase de átomos que tienen el mismo número de protones en el núcleo, es decir, tienen el mismo número atómico. Tienen nombre y símbolo.

Los elementos químicos más abundantes en la Tierra son: Sodio (Na), Magnesio (Mg), Calcio (Ca), Potasio (K), Hierro (Fe), Aluminio (Al), Silicio (Si) y Oxígeno (O).

El átomo es la unidad más pequeña e indivisible de la materia que mantiene las propiedades de un elemento químico inalterado (núm. Electrones = núm. Protones).

Una molécula es la cantidad mínima de una sustancia resultado de la agrupación de varios átomos enlazados, definiendo una cantidad estable de la materia y unas propiedades químicas características.

Los electrones (con carga negativa) determinan el modo en el que los átomos interactúan entre sí y están situados en la corteza del átomo. Por su rápido movimiento, crean zonas esféricas de carga negativa alrededor del núcleo denominadas niveles de energía o capas.

El núcleo es muy pequeño respecto al volumen total del átomo, que se compone de protones (con carga positiva) y neutrones (no tienen carga). La masa atómica es la suma de estos protones y neutrones, ya que los electrones tienen masa insignificante.

Los isótopos químicos son átomos de un mismo elemento químico que presenta diferente masa atómica (variación del número de neutrones en el núcleo pero mismo número de protones). Mantienen su comportamiento químico (mismo número atómico) pudiéndose combinar de igual modo con otros elementos para formar moléculas y componentes estables.

3. ENLACES QUÍMICOS:

Los enlaces químicos son fuerzas electromagnéticas que mantienen unidos los átomos de modo que las moléculas resultantes obtienen configuraciones estables de mínima energía. Estos enlaces químicos son posibles gracias a los electrones de valencia.

Estos enlaces forman compuestos, que se producen cuando los enlaces químicos reúnen dos o más elementos en proporciones definidas.

La mayoría de átomos tienen menos de 8 electrones en su capa más externa y por tanto, son eléctricamente inestables. Deben combinarse con otros átomos para completar su capa externa y con ello llegar a alcanzar una configuración estable. Esta configuración estable se consigue gracias al método o la regla del octeto.

TIPOS DE ENLACE:

Hay diferentes tipos de enlaces:

• Enlaces atómicos (fuertes): Son los enlaces que se dan entre átomos debido a las interacciones que tienen los electrones de valencia en las capas externas incompletas. En general, el enlace fuerte está asociado con la compartición o transferencia de electrones entre los átomos participantes. Pueden ser iónicos, covalentes ó metálicos.

o Enlaces atómicos iónicos: Cuando se ceden de 1 a 3 electrones a otros elementos no metálicos. Se forman iones positivos (cationes) e iones negativos (aniones) y el enlace resulta de la atracción electrostática entre los átomos.

o Enlaces atómicos covalentes: Comparten de 1 a 3 electrones de su capa más externa para conseguir una configuración estable. Los electrones negativamente cargados son atraídos a las cargas positivas de ambos núcleos, en vez de sólo su propio núcleo. Esto vence a la repulsión entre los dos núcleos positivamente cargados de los dos átomos, y esta atracción tan grande mantiene a los dos núcleos en una configuración de equilibrio relativamente fija, aunque aún vibrarán en la posición de equilibrio. Es el enlace más fuerte.

o Enlaces atómicos metálicos: Se dan cuando se ceden los electrones y forman una nube electrónica común y cationes. Los cationes quedan cohesionados y fijados en una red cristalina por los electrones.

• Enlaces moleculares (débiles) ó Fuerzas de Van der Waals: Se dan entre moléculas y determinados átomos. Los puentes de hidrógeno y enlaces bipolares se consideran fuerzas.

4. MINERALES

Los minerales son compuestos químicos inorgánicos, generalmente en estado sólido, de origen natural y cristalino, cuya composición química, estructura cristalina y propiedades físicas son fijas o varían entre límites concretos y estrechos.

Son los constituyentes básicos de las rocas. Una roca es una masa sólida de materia mineral, o parecida a la mineral, que se presenta de forma natural como parte de nuestro planeta.

Están definidos por su composición química y su estructura interna.

a. Estructura cristalina (vs. Otras microestructuras)

La estructura cristalina es la disposición tridimensional y regular de los átomos. Generalmente los minerales crecen en tres direcciones del espacio desarrollando cristales.

Otros pueden hacerlo en forma de estructura no cristalina, es decir, las moléculas se disponen aleatoriamente con sus átomos orientados en cualquier dirección. Esto está

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