Appunti esame Chimica, solo parte dei materiali , libro consigliato dalla professoressa: Fundations of biomaterials engineering, Tanzi, Faré, Candiani

MATERIALI: Riassunti materiali metallici, ceramici e polimerici per domande aperte

Metallici

Materiali inorganici composti da un elemento metallico o da più elementi metallici o non

metallici, a temperatura ambiente sono allo stato di solidi cristallini.

Per tutte le tipologie di materiali, il tipo di legame definisce il tipo di materiale e i metalli sono

caratterizzati dal legame metallico che è caratterizzato dalla condivisione degli elettroni più

esterni con tutto il solido (non c’è appartenenza a un atomo specifico).

I materiali metallici hanno proprietà e caratteristiche comuni, quali: densità e punto di fusione

abbastanza elevati; buona resistenza meccanica, duttilità e malleabilità; capacità di condurre

calore ed elettricità e resistenza alla corrosione.

Quando vengono utilizzati allo stato puro, i metalli vengono contraddistinti dal loro grado di

purezza, ma vengono più spesso usati uniti ad altri elementi metallici e/o non metallici,

dando luogo alle leghe metalliche. Una lega metallica è costituita da due o più elementi, uno

dei quali è un metallo presente in quantità preponderante rispetto agli altri elementi. Si

usano le leghe perché hanno maggiori proprietà meccaniche e chimiche rispetto al metallo

puro. Alcuni esempi di leghe metalliche sono acciaio (ferro + carbonio), ottone (rame +

zinco) e bronzo (rame + stagno).

In molti casi quando si uniscono due metalli si ottengono soluzioni solide sostituzionali o

interstiziali.

In campo biomedico, i metalli devono avere proprietà specifiche affinché siano

biocompatibili: adeguata rigidezza, resistenza alla corrosione, non tossicità e non

allergenicità. Tra i biomateriali metallici più utilizzati per applicazioni biomediche sono gli

acciai inossidabili, come austenite e martensite, che hanno un ottima resistenza alla

corrosione. Usate molto sono anche le leghe di cobalto e il titanio e le sue leghe. I materiali

vengono usati per in campo ortopedico e odontoiatrico. Ad esempio per produrre protesi

d’anca, ginocchio e per sostituire la struttura ossea.

Ceramici

Materiali inorganici non metallici, costituiti da elementi metallici e non metallici legati

chimicamente tra loro da legami ionici e/o covalenti. E’ una classe di materiali molto ampia.

sono caratterizzati da legami piuttosto forti e temperature di fusione molto alte. Poiché tutti

gli elettroni sono impegnati a riempire orbitali e non sono propensi ad andarsene in giro, i

materiali ceramici sono ottimi isolanti termici ed elettrici.

La percentuale di carattere ionico e/o covalente determina il tipo di struttura cristallina, ad

esempio nel composto ceramico detto “ossido di magnesio” c’è un’ alta percentuale di

carattere ionico e una bassa di carattere covalente.

Questi materiali hanno una struttura ordinata nello spazio costituita da elementi metallici e

non metalli in rapporto costante che si legano tra loro.

Esempi di materiali metallici con struttura cristallina: zirconia e allumina. Ci sono alcuni m.c.

che hanno struttura amorfa come i silicati e i vetri.

Le proprietà di questi materiali variano a seconda dei tipi di legami coinvolti e della loro

percentuale. In generale si possono elencare alcune proprietà comuni: durezza elevata,

fragilità, bassa tenacità e duttilità, bassa resistenza a trazione ma alta resistenza a

compressione. Sono ottimi isolanti termici ed elettrici e, a causa dei legami forti, hanno un

elevata stabilità chimica.

Inoltre sono più resistenti termicamente e chimicamente dei metalli e dei polimeri, le materie

prime sono disponibili e poco costose e hanno un comportamento fragile.