FUNDAMENTOS DE LOS MATERIALES (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
Grado Ingeniería Biomédica - 3º curso
Asignatura BIOMATERIALES
Año del apunte 2015
Páginas 11
Fecha de subida 17/03/2015
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Biomateriales 16/02/15 Profesor: Daniel Rodríguez Rius Email: Daniel.rodriguez.rius@upc.edu Tema 2. Fundamentos de materiales                         Este modelo atómico: - introduce la cuantización Los electrones tienen órbitas estables alrededor del núcleo Los electrones ocupan la órbita de menor energía posible y estas, están organizadas por niveles energéticos ‘n’ Postulados: 1. Los electrones describen órbitas circulares al núcleo del átomo sin irradiar energía 2. No toda órbita esta permitida para el electrón, tan solo puede encontrar órbitas cuyo radio cumpla que el momento angular L, del electrón sea ! un múltiplo entero de ℏ = !!       3. El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de Energía permitida a otra. En dicho cambio emite o absorbe un fotón, cuya energía es la diferencia de energía entre ambos niveles Δ𝐸 = ℎ𝑣 Si los átomos están infinitamente separados, se considera que tienen 𝑈 = 0, pero a medida que se acercan, existen fuerzas de atracción (entre el electrón de un átomo y el protón del otro) y fuerzas de repulsión, entre las nubes electrónicas. Al principio, las fuerzas de atracción son superiores a las de repulsión, por lo que al acercarse, se libera energía, pero llega un momento en el que las repulsiones empiezan a tener importancia y cuesta cada vez más acercarlos.
La curva pasa por un mínimo y la distancia a la que se produce es la distancia de enlace para la molécula en cuestión.
La curva negativa corresponde a las fuerzas de atracción entre átomos en la que se disipa energía.
Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17).
En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente.
Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico.
Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos.
Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del gas cloro se ponen en contacto con los átomos del metal sodio. En la siguiente simulación interactiva están representados los átomos de sodio y cloro con solo sus capas externas de electrones.
2 átomos con electronegatividades muy distintas tienden a formar enlaces iónicos mientras si son parecidas, tenderán a formar un enlace covalente.
Esta afectada sobretodo por: - Masa atómica Distancia promedio de los electrones de valencia con respecto al núcleo atómico Es creciente a medida que ascendemos en la tabla y nos desplazamos a la derecha.
En cuanto a la direccionalidad: De dos orbitales en un átomo, el que pueda solaparse en mayor proporción con un orbital de otro átomo formará un enlace más fuerte y este tenderá a orientarse en la dirección del orbital más concentrado.
Para explicar las propiedades características de los metales (su alta conductividad eléctrica y térmica, ductilidad y maleabilidad, ...) se ha elaborado un modelo de enlace metálico conocido como: Modelo de la nube o del mar de electrones: Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+.
Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.
Las fuerzas de Van der Waals es la fuerza atractiva o repulsiva entre moléculas (o entre partes de una misma molécula) distintas a aquellas debidas al enlace covalente o a la interacción electrostática de iones con otros o con moléculas neutras Son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales, entre los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos el nailon, el polietileno y la baquelita.
Un termoplástico es un plástico que, a temperaturas relativamente altas, se vuelve deformable o flexible, se derrite cuando se calienta y se endurece en un estado de transición vítrea cuando se enfría lo suficiente. La mayor parte de los termoplásticos son polímeros de alto peso molecular, los cuales poseen cadenas asociadas por medio de fuerzas de Van der Waals débiles (polietileno); fuertes interacciones dipolo-dipolo y enlace de hidrógeno, o incluso anillos aromáticos apilados (poliestireno). Los polímeros termoplásticos difieren de los polímeros termoestables o termofijos en que después de calentarse y moldearse pueden recalentarse y formar otros objetos.
Sus propiedades físicas cambian gradualmente si se funden y se moldean varias veces (historial térmico), generalmente disminuyendo estas propiedades al debilitar los enlaces. Los más usados son el polietileno (PE), el polipropileno (PP), el polibutileno (PB), el poliestireno (PS), el polimetilmetacrilato (PMMA), el policloruro de vinilo (PVC), el politereftalato de etileno (PET), el teflón (o politetrafluoroetileno, PTFE) y el nailon (un tipo de poliamida).
Se diferencian de los termoestables o termofijos (baquelita, goma vulcanizada) en que éstos últimos no funden al elevarlos a altas temperaturas, sino que se queman, siendo imposible volver a moldearlos.
Los polímeros termoestables son polímeros infusibles e insolubles. La razón de tal comportamiento estriba en que las cadenas de estos materiales forman una red tridimensional espacial, entrelazándose con fuertes enlaces covalentes. La estructura así formada es un conglomerado de cadenas entrelazadas dando la apariencia y funcionando como una macromolécula, que al elevarse la temperatura de ésta, simplemente las cadenas se compactan más haciendo al polímero más resistente hasta el punto en que se degrada.
Los plásticos termoestables poseen algunas propiedades ventajosas respecto a los termoplásticos. Por ejemplo, mejor resistencia al impacto, a los solventes, a la permeación de gases y a las temperaturas extremas. Entre las desventajas se encuentran, generalmente, la dificultad de procesamiento, la necesidad del curado, el carácter quebradizo del material (frágil) y el no presentar reforzamiento al someterlo a tensión.
La membrana plasmática, es una bicapa lipídica que delimita todas las células. Es una estructura formada por dos láminas de fosfolípidos, glicolípidos y proteínas que rodea, limita la forma y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior (medio intracelular) y el exterior (medio extracelular) de las células. Regula la entrada y salida de muchas sustancias entre el citoplasma y el medio extracelular.
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