Les propietats químiques dels materials són aquelles que descriuen com un material interactua amb altres substàncies, particularment com la composició canvia durant reaccions químiques.
Aquestes propietats determinen el comportament dels materials en diferents entorns, com es poden transformar i la seva durabilitat en aplicacions pràctiques.
Classificació de les propietats químiques
Les propietats químiques dels materials es poden agrupar en diverses categories clau, les quals s'analitzaran detalladament a continuació:
- Reactivitat química
- Estabilitat tèrmica
- Corrosió i oxidació
- Acidesa i basicitat
- Inflamabilitat
- Toxicitat
- Solubilitat
- Electronegativitat i afinitat electrònica
- Capacitat per formar enllaços
1. Reactivitat química
La reactivitat és la capacitat duna substància per participar en una reacció química. La reactivitat pot dependre de factors com ara la concentració, la temperatura i la presència de catalitzadors.
Els materials poden ser reactius o inerts, i la seva reactivitat està influenciada per lestructura atòmica i lenergia denllaç dels àtoms que els componen.
- Metalls alcalins (com el sodi i el potassi): Són altament reactius, especialment amb aigua, produint hidrogen i compostos bàsics.
- Gasos nobles (com l'heli i l'argó): Són pràcticament inerts degut a la seva estructura electrònica estable.
La reactivitat és clau en la fabricació de compostos químics i les aplicacions industrials. Per exemple, en la producció d'amoníac, la reactivitat del nitrogen amb l'hidrogen és facilitada per l'ús de catalitzadors i altes pressions.
Factors que afecten la reactivitat:
- Energia d'ionització : A menor energia d'ionització, més tendència a perdre electrons i participar en reaccions.
- Ràdio atòmic : Els elements amb radis atòmics majors solen ser més reactius a causa de la menor atracció dels electrons pel nucli.
2. Estabilitat tèrmica
L'estabilitat tèrmica d'un material fa referència a la capacitat per resistir canvis químics o físics quan s'exposa a la calor. Els materials amb alta estabilitat tèrmica no es descomponen fàcilment a temperatures altes.
- Òxids metàl·lics : Tenen alta estabilitat tèrmica, la qual cosa els fa útils en aplicacions com recobriments refractaris.
- Polímers Molts polímers es descomponen tèrmicament a temperatures relativament baixes, la qual cosa limita el seu ús en aplicacions d'alta temperatura.
L´estabilitat tèrmica està relacionada amb la fortalesa dels enllaços químics. En els compostos iònics, com el clorur de sodi, els enllaços iònics són molt forts, cosa que els confereix una alta estabilitat tèrmica. D'altra banda, els enllaços covalents en alguns materials orgànics són més susceptibles a la ruptura quan s'hi aplica calor.
3. Corrosió i oxidació
La corrosió és el deteriorament d‟un material, generalment un metall, com a resultat d‟una reacció química amb el seu entorn. L'oxidació és una forma de corrosió que implica la reacció amb oxigen.
- Ferro : S'oxida en presència d'aire i aigua, formant òxid de ferro (Fe2O3), comunament conegut com a "rovell". Aquesta és una reacció electroquímica que afebleix l'estructura del metall.
- Alumini Encara que s'oxida, forma una capa d'òxid d'alumini (Al2O3) que és molt estable i protegeix el metall d'una corrosió més gran.
La corrosió pot afectar negativament la durabilitat i resistència dels materials. Per prevenir-la, es fan servir recobriments, com la galvanització, on s'aplica una capa protectora de zinc sobre el ferro per evitar que l'oxigen i l'aigua arribin a la superfície del metall.
Tipus de corrosió:
- Corrosió uniforme : Ocorre de manera uniforme a tota la superfície del material.
- Corrosió galvànica : Succeeix quan dos metalls diferents estan en contacte en presència d'un electròlit, la qual cosa porta a la corrosió del metall menys noble.
4. Acidesa i basicitat
L'acidesa i la basicitat descriuen com un material interactua amb altres substàncies en termes de donar o acceptar protons (H+). Aquestes propietats es mesuren usant l'escala de pH.
- Àcids : Substàncies que alliberen ions d'hidrogen en solució. Per exemple, l'àcid clorhídric (HCl) es dissocia completament en aigua, alliberant H+ i Cl-.
- Bases : Substàncies que accepten protons o alliberen ions hidròxid (OH-). Un exemple comú és l'hidròxid de sodi (NaOH).
L'acidesa o la basicitat d'un material és important en la química de solucions i afecta la solubilitat, la reactivitat i el comportament dels materials en diferents ambients.
5. Inflamabilitat
La inflamabilitat és la capacitat d'un material per cremar-se o cremar-se en presència d'una font d'ignició.
Els materials inflamables poden reaccionar ràpidament amb l'oxigen a l'aire, alliberant calor i llum.
- Combustibles Els hidrocarburs, com la gasolina o el propà, són altament inflamables i s'utilitzen com a fonts d'energia. La combustió daquests materials genera diòxid de carboni i aigua.
- Materials retardants de flama Aquests materials es dissenyen per resistir la combustió o retardar la propagació de les flames, com és el cas d'alguns polímers tractats químicament.
La inflamabilitat és una consideració clau en la construcció dedificis, disseny de vehicles i fabricació de roba protectora.
6. Toxicitat
La toxicitat fa referència al grau en què un material pot causar dany a organismes vius. Les substàncies tòxiques poden afectar el cos humà per inhalació, ingestió o contacte amb la pell.
- Plom : És un metall pesat tòxic que pot causar dany neurològic. El seu ús en pintures i canonades ha estat severament restringit.
- Mercuri : Un altre metall pesat que pot bioacumular-se al cos i causar problemes greus de salut.
El maneig de materials tòxics requereix precaucions especials, com ara l'ús d'equips de protecció personal (EPP) i procediments d'eliminació segura.
7. Solubilitat
La solubilitat és la capacitat d'un material per dissoldre's en un solvent, generalment aigua, encara que també es pot referir a altres solvents com etanol o acetona.
La solubilitat depèn de la naturalesa química del solut i del solvent.
- Sals iòniques Com el clorur de sodi (NaCl), són altament solubles en aigua a causa de la polaritat de l'aigua que separa els ions.
- Substàncies no polars : Com l'oli, són insolubles en aigua, però poden dissoldre's en solvents no polars com l'hexà.
La solubilitat és un factor important en molts processos industrials, com ara la purificació, l'extracció i la fabricació de productes farmacèutics.
8. Electronegativitat i afinitat electrònica
L'electronegativitat és una mesura de la tendència d'un àtom a atreure electrons a una molècula.
Els elements amb alta electronegativitat, com el fluor, tendeixen a guanyar electrons durant les reaccions químiques, mentre que els elements amb baixa electronegativitat, com els metalls alcalins, tendeixen a perdre electrons.
- Fluor (F) : És l'element més electronegatiu i té una forta tendència a atraure electrons.
- Cessi (Cs) : Té una electronegativitat baixa, la qual cosa significa que tendeix a donar electrons a les reaccions químiques.
L'afinitat electrònica és una propietat relacionada que descriu la quantitat d'energia alliberada quan un àtom en estat gasós accepta un electró. Tots dos conceptes són claus per comprendre la formació d'enllaços químics i la reactivitat.
9. Capacitat per formar enllaços
La capacitat dels materials per formar enllaços químics és una de les seves propietats més importants, ja que en defineix l'estructura i les propietats físiques. Els enllaços poden ser iònics, covalents o metàl·lics.
- Enllaços iònics Es formen entre un metall i un no metall quan hi ha una transferència d'electrons. Un exemple clàssic és el clorur de sodi.
- Enllaços covalents Es produeixen quan dos àtoms comparteixen electrons, com en el cas de l'aigua (H2O).
- Enllaços metàl·lics Els metalls formen un tipus especial d'enllaç on els electrons es comparteixen en un "núvol" d'electrons mòbils, cosa que els confereix propietats com la conductivitat elèctrica i tèrmica.
La naturalesa de lenllaç afecta directament les propietats mecàniques, elèctriques i tèrmiques dels materials. Els compostos amb enllaços iònics solen tenir punts de fusió alts i ser conductors en estat líquid o en solució, mentre que els materials amb enllaços covalents poden ser més fràgils i tenir punts de fusió més baixos.