Materiali per il design

MATERIALI 1.1

LE PRORPIETA’ FISICHE E CHIMICHE

INTRODUZIONE

Nella progettazione il designer si deve occupare del ciclo del prodotto:

• produzione

• imballaggio

• trasporto

• riciclo del materiale

Requisiti di prodotto → tacco di una scarpa:

• non deve flettersi né schiacciarsi troppo (rigidità)

• non si deve deformare in modo permanente (resistenza)

• non si deve rompere se urtato (tenacità)

• deve poter essere lavorato per ottenere la forma finale (duttilità)

• deve avere adeguata resistenza alla corrosione e agli agenti atmosferici (durabilità)

• resistere alla temperatura dell’asfalto (massima temperatura di esercizio)

• deve pesare poco (densità)

• deve avere un prezzo di vendita accettabile (costo)

La scelta del materiale quindi deve capire i requisiti e le proprietà del materiale.

➢ Proprietà generali

• densità

• costo

➢ Proprietà meccaniche

• rigidità

• Resistenza

• tenacità

• duttilità

➢ Proprietà fisiche e chimiche

• conducibilità termica

• conducibilità elettrica

• magnetismo

• massima temperatura di esercizio

• durabilità

➢ Proprietà ottiche

• trasparenza CLASSI DI MATERIALI

tradizionalmente i materiali sono divisi in classi, definite in base alla struttura chimica del materiale:

• Materiali polimerici

• Materiali naturali

• Materiali ceramici

• Materiali metallici

GLI ATOMI

Per scegliere e usare consapevolmente i materiali è fondamentale comprendere che esiste un legame

struttura/proprietà del materiale.

Gli atomi sono l’unità base di tutti i materiali costituiti da

• un nucleo molto piccolo

• nuvola elettronica che circonda il nucleo

Il nucleo è costituito da due principali particelle subatomiche:

• protoni → hanno carica elettrica positiva

• neutroni → elettricamente neutri hanno circa la stessa massa dei protoni

Elettroni

• hanno carica uguale ed opposta (negativa) ai protoni

• hanno massa trascurabile rispetto a protoni e neutroni

Numero atomico

• numero di protoni nel nucleo dell’atomo

• in un atomo neutro, il numero atomico è anche pari al numero di elettroni nella

• sua nuvola elettronica

• ciascun elemento ha un numero atomico caratteristico, che identifica

• l’elemento stesso

Numero di Massa

numero di protoni + numero neutroni

PROPRIETÀ DEGLI ATOMI

Elettronegatività → capacità di un atomo di attrarre elettroni

Ioni

atomi non neutri, il cui numero di elettroni è diverso dal numero di protoni

○ Cationi → ioni con carica positiva

○ Anioni → ioni con carica negativa I LEGAMI CHIMICI

I legami chimici sono forze di attrazione che tengono uniti gli atomi per formare molecole,

composti o cristalli, basate principalmente sulla tendenza degli atomi a raggiungere una

configurazione elettronica stabile.

Questi legami sono di due tipologie:

➢ forti

• ionico

• covalente

• metallico

➢ deboli

• idrogeno

• Van der Waals LEGAME IONICO

un atomo è molto più elettronegativo dell’altro, il quale attrae un elettrone dall’atomo più elettropositivo,

caricandosi negativamente

(anione)

• non si ha una condivisione di elettroni

• adirezionale LEGAME COVALENTE

due atomi condividono una o più coppie di elettroni sovrapponendo gli orbitali atomici degli elettroni

condivisi

• puro: quando gli elettroni sono condivisi simmetricamente (atomi con la stessa elettronegatività)

• polare: atomi con elettronegatività diversa → gli elettroni tendono verso l’atomo più

elettronegativo andando a formare un dipolo (molecola con una parte elettricamente positiva e

una negativa) LEGAME METALLICO

I metalli hanno tendenza a cedere i loro elettroni di valenza e a divenire ioni positivi (cationi).

• Questi ioni positivi occupano posizioni fisse e ordinate nello spazio

• gli elettroni ceduti si si delocalizzano, cioè non sono più legati a un

singolo atomo ma si muovono lib