arreglos atomicos
DESCRIPTION
Quimica: Arreglos AtomicosTRANSCRIPT
CIENCIA E INGENIERIA DE
LOS MATERIALESCriterios de clasificación de los materiales y
E Introducción a los ARREGLOS ATOMICOS
MATERIALES SEGUN EL TIPO DE ENLACE:
METALICOS: Se forman por enlace metálico, los
electrones de valencia se separan de sus átomos
correspondientes (dislocación) , derivando así iones
positivos. Los electrones se mueven libremente y
sin dirección por todo el material. Esta condición
permite explicar algunas propiedades de los
materiales metálicos como la ductilidad
conductividad, además el movimiento libre de
electrones permite la difusión, característica que se
potencializa con los tratamientos térmicos, en
particular con las aleaciones.
MATERIALES SEGUN EL TIPO DE ENLACE:
CERAMICOS: Los cerámicos poseen enlaces iónicos,
que se da por proceso redox, obteniéndose átomos
cargados eléctricamente y formando iones.
Los iones deben estar ordenados en los puntos de
red del material de modo que este sea
eléctricamente neutro.
Esto hace que en los cerámicos la conductividad y
difusión sea difícil.
MATERIALES SEGUN EL TIPO DE ENLACE:
POLIMEROS: son materiales formados por cadenas
muy largas, sus átomos están unidos por enlaces
covalentes (compartición de e-), los enlaces son
direccionales haciendo que la molécula no sea
recta, las múltiples cadenas de longitudes variables
“enredadas” entre si.
La cohesión y resistencia del material depende de
la longitud de las cadenas y de que tan
“enredadas” estén; esto también hace que los
polímeros sean materiales predominantemente
amorfos y solo en algunos casos semiordenados
(semicristales).
MATERIALES SEGUN SU ESTRUCTURA:
La estructura está asociada al arreglo de los
componentes del material o a la disposición de sus
elementos estructurales y a la fuerza de enlace
entre ellos.
Elementos estructurales: átomos iones o moléculas.
Escalas de las estructuras:
Microscópica o microestructura: ordenamientos
atómicos.
Macroscópica o de macroestructura: son
ordenamientos de las microestructuras.
ELECTRONES,
PROTONES Y
NEUTRONES
ATOMOS,
MOLECULAS
IONES
CELDAS
UNITARIAS O
UNIDADES
DE CADENA
SOLIDO
CRISTALINO,
CERAMICO,
VITREO O
POLIMERICO
Para los solidos cristalinos es la red
espacial donde se especifican las
posiciones atómicas, se han
descrito 7 Tipos de celdas de
formas tridimensionalesEn base a la distribución interna
de ésta redes se derivan catorce
formas llamadas REDES DE
BRAVAIS.
En los metales la celdas unitarias
de las estructuras cristalinas más
comunes son: cúbica centrada en
el cuerpo (bcc), cúbica centrada
en las caras ( fcc) y hexagonal
compacta (hcp)
ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES
SOLIDOS CRISTALINOS:
Todos los metales son materiales cristalinos, sus átomos están ordenados siguiendo
un patrón definido y que se repite en el espacio a lo largo de toda la estructura
(orden de largo alcance)
a) METALES Y ALEACIONES
B) Muchos CERAMICOS
c) Algunos POLIMEROS
SOLIDOS AMORFOS:
a) VIDRIO: formados básicamente de Oxido de silicio SiO2, donde cada átomo de
silicio esta enlazado covalentemente a cuatro átomos de oxigeno, su orden no
es en toda su estructura sino solo se extiende a pequeños grupos (orden de
corto alcance).
b) POLIMEROS: Poseen en su mayoría estructuras amorfas, se forman de cadenas de
átomos de carbono con hidrógenos u halógenos unidos a cada carbono, sin
embargo sus uniones no son regulares, lo cual depende también de los procesos
de obtención.
CLASIFICACIÓN DE MATERIALES SEGÚN SU
ESTRUCTURALa clasificación que se puede hacer de
materiales, es en FUNCION de cómo es la
disposición de los átomos moléculas o iones que
lo forman.
Materiales cristalinos:
Si estos átomos o iones se colocan
ordenadamente siguiendo un MODELO que
se repite en las tres direcciones del espacio, se
dice que el material es cristalino
Materiales amorfos:
Si los átomos o iones se disponen de un modo
totalmente aleatorio, sin seguir ningún tipo de
secuencia de ordenamiento, estaríamos ante un
material no cristalino ó amorfo.
Diagrama molecular del cuarzo (SiO2) en
red cristalina
Diagrama molecular del vidrio (SiO2)
en sólido amorfo
Solidos cristalinos y amorfos
ORDEN DE LARGO ALCANCE (CRISTAL):
En los materiales cristalinos, las partículas
componentes muestran un ordenamiento regular
que da como resultado un patrón que se repite en
las tres dimensiones del espacio, y a lo largo de
muchas distancias atómicas.
SIN ORDEN (AMORFO): En los materiales
amorfos, los átomos siguen un ordenamiento
muy localizado, restringido a pocas distancias
atómicas y que, por tanto, no se repite en las tres
dimensiones del espacio. Se habla de un orden
local o de corto alcance.
ARREGLOS ATOMICOS
El ordenamiento atómico en los materiales
puede representarse considerando que los
átomos, iones o moléculas son esferas
compactas con diámetro definidos.
a) Los gases monoatómicos inertes no tienen orden.
b) y c) Algunos materiales , como el vapor de agua, vidrios de silicato y algunos
polímeros tienen orden de corto alcance.
d) Los metales, aleaciones y muchos cerámicos, así como algunos polímeros,
tienen ordenamiento regular de largo alcance.
Arreglo tetraédrico de los
enlaces C-H en el
polietileno.
ARREGLOS ATÓMICOS EN LA MATERIA
SIN ORDEN
ORDEN DE CORTO ALCANCE
ORDEN DE LARGO ALCANCE
Arreglos Atómicos
Sin orden: Los átomos y moléculas carecen de una arreglo ordenado, por
ejemplo los gases se distribuyen aleatoriamente en el espacio disponible
ORDENAMIENTO DE CORTO ALCANCE: (OCA) - es el arreglo espacial de los
átomos, moléculas o iones que se extiende distancias cortas o átomos más cercanos.
A estas estructuras se les denomina estructuras no cristalinas o amorfas.
En el caso del agua en fase vapor, cada molécula tiene un orden de corto alcance
debido a los enlaces covalentes entre los átomos de hidrógeno y oxígeno. Sin embargo,
las moléculas de agua no tienen una organización especial entre sí.
ORDENAMIENTO DE LARGO ALCANCE (LRO): El arreglo atómico de largo
abarca escalas de longitud mucho mayores de 100 nanómetros. Los átomos
o los iones en estos materiales forman un patrón regular y repetitivo,
semejante a una red en tres dimensiones.
CONCEPTOS RELACIONADOS A LA ESTRUCTURA
DE SOLIDOS CRISTALINOS
ESTRUCTURA CRISTALINA, CRISTAL, CELDAS
UNITARIAS,REDES CRISTALINAS,
CRISTAL: conjunto de átomos ordenados según un arreglo periódico en tres dimensiones
ESTRUCTURA CRITALINA Los materiales sólidos se pueden clasificar de acuerdo a la
regularidad con que los átomos o iones están ordenados uno con respecto al otro.
Un material cristalino es aquel en que los átomos se encuentran situados en un arreglo
repetitivo o periódico dentro de grandes distancias atómicas; tal como las estructuras
solidificadas, los átomos se posicionarán de una manera repetitiva tridimensional en el cual
cada átomo está enlazado al átomo vecino más cercano.
RED CRISTALINA: disposición tridimensional de puntos coincidentes con las
posiciones de los átomos (o centro de las esferas). Los átomos están ordenados
en un patrón periódico, de tal modo que los alrededores de cada punto de la red
son idénticos
Un sólido
cristalino es un
conjunto de
átomos
estáticos que
ocupan una
posición
determinada
CELDA UNITARIA: Es el agrupamiento más pequeño de átomos que conserva la geometría de
la estructura cristalina, y que al apilarse en unidades repetitivas forma un cristal con dicha
estructura.
MECANISMOS DE MODELACION DE SOLIDOS CRISTALINOS
MODELO DE LAS ESFERAS RÍGIDAS:
se consideran los átomos moléculas (o iones) como esferas sólidas con diámetros muy
bien definidos. Las esferas representan átomos en contacto
MODELO DE LAS ESFERAS REDUCIDAS
Otra forma de mostrar el ordenamiento
es representando a los átomos en los
puntos de intersección de una red
tridimensional. Esta red se llama red
espacial.
Cada punto en la red espacial tiene un
entorno idéntico. La red puede
describirse especificando la posición de
los átomos en una celda unitaria
repetitiva.
El tamaño y forma de la celda puede
describirse por tres vectores de la red a,
b y c. Estas longitudes, junto con los
ángulos interaxiales , y nos
proporcionan la forma de la celda
PARAMETROS DE RED
Los parámetros de red que describen el tamaño y la forma de la celda unitaria,
incluyen las dimensiones de las aristas de la celda unitaria y los ángulos entre
estas.
En función de los parámetros de la celda unitaria: longitudes de sus lados y
ángulos que forman, se distinguen 7 sistemas cristalinos que definen la forma
geométrica de la red:
Las unidades de la longitud se expresan en nanómetros (nm) o en angstrom (A)
donde:
1 nanómetro (nm) = 10-9 m = 10-7 cm = 10 A
1 angstrom (A) =0.1 nm = 10-10m = 10-8 cm
Con distintas longitudes axiales y ángulos interaxiales se
pueden construir celdas unitarias de diversos tipos.
Los cristalógrafos han demostrado que se necesitan siete
tipos diferentes de celdas unitarias para crear todas las
redes.
Varios de los siete sistemas cristalinos presentan
variaciones de su estructura básica, totalizando 14 celdas
unitarias según la demostración de Bravais:
