PRIMERA ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE

CIENCIA DE MATERIALES

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¿Qué es un material?

Es un conjunto de elementos o sustancias que componen un producto y que son necesarios para desempeñar actividades o tareas específicas.

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Los innumerables materiales que existen en el mundo se pueden clasificar, principalmente en cuatro categorías básicas. a) ¿Cuáles son estas categorías? b) ¿Cómo se llaman los materiales que son fabricados con uno o más tipos de materiales diferentes, las propiedades mecánicas, eléctricas, magnéticas y ópticas del material final son superiores a las que tienen los constituyentes por separado y c) dé al menos tres ejemplos de cada tipo de material

Metales: Cu, Fe, 

Aleaciones: Latón, bronce

Polímeros: PVC, PE

Cerámicos: Al2O3, hidroxiapatita

Semiconductores: Si, Ge

2) Compositos: Llanta, fibra de vidrio, huesos, concreto

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¿Se debe esperar que el hierro o el nitruro de silicio (SiN, material cerámico) tenga el mayor módulo de elasticidad? Explique de manera breve y concisa su respuesta      

• El nitruro de silicio es un material cerámico con enlaces covalentes muy fuertes, lo que le otorga una alta rigidez, con un módulo elástico generalmente superior a 300 GPa.
• Hierro: El hierro y sus aleaciones (acero) son metales con enlaces metálicos, los cuales son menos rígidos que los enlaces de las cerámicas técnicas, presentando un módulo elástico típico de alrededor de 200 GPa.

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¿que son los materiales compuestos?

cuales son sus propiedades

Mencione al menos tres ejemplos

1) son materiales que surgen de la combinación física de dos o más materiales diferentes (matriz y refuerzo) 2) con propiedades superiores a sus componentes individuales, destacando por su alta resistencia, ligereza y versatilidad. 

3)Huesos, concreto, llantas, fibra de vidio, fibra de carbono

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Los algunos materiales utilizados para pulir y moler son el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de silicio (Si₃N₄). Explique de manera breve y concisa pór que se eligen este tipo de materiales para estos usos.      

Ambos materiales son cerámicos cuyos enlaces químicos, predominantemente covalentes, son fuertes. Esta propiedad mantiene su estructura y eficiencia, minimizando el desgaste en aplicaciones de molienda intensivas. La naturaleza química del enlace químico, la estructura cristalina y las imperfecciones le dan a los materiales cerámicos  alta resistencia térmica y química. 

TABLA PERIÓDICA

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Mencione dos elementos del grupo de los metales alcalinotérreos.

Berilio, mganesio, calcio, estroncio, bario y radio

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1) De los siguientes elementos, diga cuál de ellos es un metal noble: molibdeno, rodio o cadmio.

2)Considere los elementos: litio, sodio y potasio, ¿Cuál de ellos es menos electronegativo?

1) Rodio

2) Potasio

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¿Cuáles son los metaloides y por qué se les denomina de esa manera?

B, Si, Ge, As, Sb, Te y At

Tienen propiedades parecidas a los metales

Son materiales semiconductores

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• Responda las siguientes preguntas de manera concisa:
• ¿Qué significa la palabra halógenos y a qué grupo se refiere?
• Mencione 3 elementos pnictógenos
• ¿Qué significa la palabra calcógenos y a qué grupo se refiere?
• ¿Que nombre recibe el grupo 1 de la tabla periódica?

1) halogénos: Formadores de sales

grupo 17

2) fósforo, nitrógeno, arsénico, antimonio y bismuto

3) Formadores de cobre, grupo 16 

4) Metales alcalinos

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1) ¿Cuáles son los gases nobles y por qué se les denomina de esa manera?

2) ¿Cuáles son las partículas subatómicas?

3) Escriba la configuración electrónica del cobre e indique el número de electrones desapareados

1) Los gases nobles son: He, Ne, Ar, Kr, Xe

Son dificiles de reaccionar

2) electrón, protón y neutrón

3)

METALES

100

¿Cuáles son los metales nobles y por qué se les denomina de esta manera?

1) Ir, Au, Ag, Rh, Ru, Os, Pt, y Pd

2) son difíciles de oxidar

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¿Cuáles son las propiedades de los metales?

Brillantes, dúctiles, maleables, tienen buena conductividad eléctrica y térmica

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• ¿Qué características son necesarias para que un material con un enlace predominantemente iónico conduzca la electricidad?

Que existan defectos en la red (vacancias), se disuelvan en agua

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¿Qué determina que un material sea conductor, aislante o semiconductor? Esquematice su respuesta

La teoría se basa en el hecho de que en una molécula los orbitales de un átomo se solapan produciendo un número discreto de orbitales moleculares.

En los metales la BV se traslapa con la BC, por lo que el electrón puede viajar libremente entre los diferentes niveles de energía

En los semiconductores la BV se separa de la BC por una región llamada, energía de banda prohibida, cuyo valor es menor a 4 eV

En los materiales aislantes la BV se encuentr separada  de la BC con un valor de Eg mayor a 4 eV

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¿Qué diferencia existe entre un electrón situado en la banda de valencia y uno en la banda de conducción?

Mencione las diferencias entre los semiconductores intrínsecos y extrínsecos

El situado en la BC se encuentra excitado y el situado en la BV se encuentra estable

2) Intrínsecos son puros

Extrínsecos estan dopados

MATERIALES POLIMÉRICOS

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¿Qué es un polímero?

Son macromoleculas constituidas por unidades estructurales llamadas monómeros

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1)¿Qué es un monómero?

2)¿Qué es un oligómero?

1) es la unidad estructural de un polímero

2) son cadenas polimericas constituidas por menos de 100 monómeros

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¿Cuáles son las ventajas principales de los materiales poliméricos
en comparación con los materiales cerámicos,
loa vidrios y materiales metálicos?

• Ligeros: Son mucho más livianos que el vidrio, la cerámica o el metal, lo que reduce costos de transporte y combustible, manteniendo una alta relación resistencia-peso.
• Versatilidad de Diseño y Procesamiento: Se pueden moldear en formas complejas mediante inyección o soplado, permitiendo diseños ergonómicos y funcionales difíciles de lograr con materiales rígidos.
• Poseen una alta resistencia a la corrosión: A diferencia de los metales, los plásticos no se oxidan ni corroen, lo que los hace ideales para entornos húmedos o químicos agresivos.
•  La síntesis y  manufactura es más barata y requiere menos energía en comparación con la fundición de metales o vidrio.
• Son menos frágiles que el vidrio y la cerámica, por lo que resisten mejor los golpes y caídas. Poseen una mayor durabilidad y resistencia al impacto
• Son excelentes aislantes térmicos y eléctricos.

400

1) ¿Cómo es la cohesión entre los polímeros?

1) estan unidos principalmete por enlaces covalentes y entre moleculas por enlaces de hidrógeno y por fuerzas de Van der Waals

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1) ¿ Qué es el kevlar?

2) ¿Cuáles son las propiedades de los materiales poliméricos?

1)Kevlar es un polímero de tipo poliamida que se emplea en la elaboración de hilos con prestaciones de resistencia extraordinarias y cuya mecanización (rotura), resulta muy difícil. Posee una mayor resistencia mecánica que el acero

2) Son materiales ligeros

Soportan mayor cantidad de carga por unidad de área

Son materiales aislantes

Resistentes a la corrosión y al ataque químico

Baja resistencia y rigidez

No son adecuados para usarse en altas temperaturas

Relativamente económicos

Pueden ser moldeados a una gran cantidad de formas

MIXTO

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Mencione tres elementos no metálicos

Azufre, Fósforo, Nitrógeno, oxigeno, Carbono

200

¿Qué es un semiconductor?

Mencione tres aplicaciones

Es un material que conduce la electricidad solo bajo excitación térmica y/o luminosa

Tecnología, celdas solares, leds, 

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• ¿Qué tipo de enlaces químicos existen en los materiales semiconductores y dieléctricos?
• Explique de manera breve y concisa ¿cómo el aumento de la temperatura afecta la conductividad eléctrica en los metales?

1)Enlaces iónicos y/o covalentes

2) Al aumentar la temperatura la conductividad electrica en lo metales disminuye, debido a que la energía termina ocasiona que los átomos vibren y por lo tanto los electrones se dispersan, disminuyendo con ello, la conductividad eléctrica

400

¿Cómo funciona una celda solar?

Fotoconducción en semiconductores
que comprende la absorción de un
estímulo por electrones excitados que salen de
la banda de valencia hacia la banda de conducción.
En lugar de regresar a la banda de valencia
para provocar una emisión, los electrones excitados
transportan una carga por un circuito eléctrico.
b) Una celda solar aprovecha este efecto.

500

Determine si los siguientes materiales son buenos conductores de la electricidad y ¿por qué?

a) NaCl sólido

b) KCl disuelto de agua

c) Cobre sólido

d) Cobre fundido

a) mal conductor de la electricidad, debido al enlace iónico

b) Sí, conduce la electricidad, debido a que lo siones se encuentran disueltos en agua

c) Buen conductor de la electricidad, debido a que es un metal, cationes inmersos en un mar de electrones

d) Mal conductor de la electricidad, debido a que en estado fundido los átomos vibran y con ello existe una dispersión de los electrones, disminuyendo la conductividad eléctrica