ENLACES ATOMICOS Y MOLECULARESINTRODUCCINLa materia normal se detecta directamente con nuestros sentidos y est formada por atomos y molculas. Se explicara la constitucin de las molculas y sus propiedades bajo la misma perspectiva.La mecnica global permite visualizar los atomos y molculas en la estructura, fuerzas de atraccin como la gravedad y el electromagnetismo y, finalmente, fuerzas de repulsin como la gravedad negativa o el electromagnetismo.Conviene tambin recordar el concepto de temperatura o movimiento de los atomos y molculas, de carcter estacionario o de vibracin que relaja la tensin electromagntica entre el nucleo atomico y su entorno.Las molculas significan restricciones al movimiento individual de los atomos, bien sean molculas de un elemento puro o molculas con atomos de varios elementos qumicos. Dichas restricciones son principalmente consecuencia de los enlaces moleculares.Hay cuatro mecanismos importantes mediante los cuales los atomos se enlazan o unen en los materiales. Son El enlace metalico El enlace covalente El enlace ionico El enlace van der WaalsEn los primeros tres mecanismos, el enlazamiento se establece cuando los atomos llenan sus niveles s y p externos. Estos enlaces son relativamente fuertes y se les llama enlaces primarios (enlaces relativamente fuertes entre atomos adyacentes, resultado de transferir o compartir electrones de los orbitales externos). Los enlaces de van der Waals son enlaces secundarios, causados por un mecanismo diferente y son relativamente dbiles.

CONTENIDOEL ENLACE METLICO:Los elementos metlicos, tienen atomos ms electropositivos, los cuales donan o ceden sus electrones de valencia para formar un mar o nube de electrones que redea a esos tomos (ver fig.1)figura 1.- el enlace metalico se forma cuando los atomos ceden sus electrones de valencia, que pasan a formar un mar de electrones. Los nucleos de los atomos, son cargas positivas, quedan enlazados por atraccin mutua hacia los electrones con carga negativa.

Como sus electrones de valencia no es tan fijos en alguna posicin, la mayora de los metales puros son buenos conductores de la electricidad a temperaturas relativamente bajas ( T< 300 k). bajo la influencia de un voltaje aplicado, los electrones de valencia se mueven, como se muestra en la fig. 2, causando el paso de la corriente, si el circuito est cerrado.

figura 2.- cuando se aplica voltaje a un metal, los electrones del mar de electrones se mueven con facilidad y conducen una corrienteen el siguiente ejemplo se investiga la conductividad y los electrones de valencia de la plata:Calculo de la conductividad de la plata Calcule la cantidad de electrones capaces de conducir la carga elctrica en de plata.SOLUCINla valencia de la plata es uno, y solo se espera que los electrones de valencia conduzcan la carga elctrica. En el apndice A se ve que la densidad de la plata es de .la misma masa atmica de la plata es : Masa de de plata = ( ) ()=104.9 gr Cantidad de tomos== 5.85x Cantidad de electrones= (5.85x tomos)() =5.85x electrones de valencia/tomo por cada _________________________________________________________________________Los materiales con enlace metlico tienen un mdulo de Young (o mdulo de elasticidad)Relativamente alto, porque los enlaces son fuertes. Los metales tambin tienen buena ductilidad, porque los enlaces metlicos no son direccionales. Hay otras razones importantes relacionadas con la microestructura que pueden explicar por qu los metales tienen, en realidad, menores resistencias y mayor ductilidad que las que podran esperarse por su tipo de enlace. La ductilidad es la capacidad que tienen los materiales de ser estirados o doblados sin romperse. En general los puntos de fusin de los metales son relativamente altos. Desde el punto de vista de las propiedades pticas, son buenos reflectores de la radiacin visible. Debido a su carcter electropositivo, muchos metales como el hierro tienden a sufrir corrosin y oxidacin. Muchos metales puros son buenos conductores de calor, y se usan muy bien en diversas aplicaciones para la transferencia de calor. Se debe destacar que el enlazamiento metlico es uno de los factores para tratar de racionalizar las tendencias de las propiedades que se observan en los materiales metlicos. Hay otros factores relacionados con la microestructura que tambin desempean un papel bsico para determinar las propiedades de los materiales metlicos.DIAGRAMA DE ENLACE METALICO Los atomos de los metales tienen pocos electrones en su ultima capa, por lo gral. 1, 2 o 3

Estos tomos pierden fcilmente esos electrones y se convierten en iones positivos

Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metalica.

Los electrones de valencia desprendidos de los tomos forman una nube de electrones que puede desplazarse por 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

ENLACE COVALENTE:Los materiales con enlace o enlazamiento covalente se caracterizan porque los enlaces se forman compartiendo los electrones de valencia entre dos o ms tomos. Por ejemplo, un tomo de silicio, que tienen valencia cuatro, llena su capa externa con ocho electrones, compartiendo los propios con otros cuatro tomos cercanos de silicio (fig.3). Cada uno de los casos en que se comparten electrones representa un enlace covalente; as, cada tomo de silicio est enlazado a cuatro tomos vecinos por cuatro enlaces covalentes. Para que se formen los enlaces covalentes, los tomos de silicio se deben orientar de tal manera que los enlaces tengan una relacin direccional especfica entre s. Se forma una relacin direccional cuando los enlaces entre los tomos de un material con enlace covalente forman ngulos especficos, que dependen del material. En el caso del silicio, este arreglo produce un tetraedro, con ngulos de 109.5 entre los enlaces covalentes (fig.4).Figura 3.-el enlazamiento covalente requiere que los electrones se compartan entre los tomos, de forma tal que cada tomo tenga lleno su orbital externo sp. En el silicio, con una valencia de cuatro se deben formar cuatro enlaces covalentes

Los enlaces covalentes son muy fuertes. En consecuencia los materiales con enlace covalente son muy resistentes y duros. Por ejemplo, el diamante (C), el carburo de silicio (SiC), el nitruro de silicio () y el nitruro de boro (BN) tienen enlace covalente. Estos materiales tambin tienen puntos de fusin muy altos, lo que significa que pueden ser tiles en aplicaciones de alta temperatura. Por otro lado, la resistencia trmica de esos materiales es un desafo al procesarlos. Los materiales con ese tipo de enlace suelen tener ductilidad reducida a causa de la direccionalidad de los enlaces. La conductividad elctrica de muchos materiales enlazados en forma covalente (como silicio, diamante, y muchos cermicos) no es alta, porque los electrones de valencia estn fijos en los enlaces entre atomos, y no estn disponibles con facilidad para la conduccin. En algunos de esos materiales como el Si, se pueden obtener valores tiles y controlados de conductividad elctrica introduciendo, en forma deliberada, pequeas concentraciones de otros elementos, llamados dopantes. Los polmeros conductores tambin son un buen ejemplo de materiales con enlace covalente que pueden convertirse en semiconductores. El desarrollo de polmeros conductores, por lo ligeros que son, ha captado la atencin de muchos cientficos e ingenieros, para desarrollar componentes electrnicos flexibles. No se puede predecir fcilmente si un material de estos tendr resistencia alta o baja, si ser dctil o frgil, tan solo con base en la naturaleza de su tipo de enlace. Se necesita ms informacin sobre las estructuras atmica, microscpica y macroscpica del material. Sin embargo, la naturaleza del enlace si apunta hacia una tendencia en materiales con ciertas clases de enlace y composiciones qumicas.

Figura 4.- los enlaces covalentes son direccionales. En el silicio se forma una estructura tetradrica con ngulos de 109.5 que se requieren entre cada enlace covalente.

En el siguiente ejemplo se investiga cmo se forma uno de los enlaces covalentes entre el oxgeno y el silicio para formar la slice. Como se unen los tomos de oxgeno y silicio para formar la slice?SOLUCIN El silicio tiene una valencia cuatro, y el comparte electrones con cuatro atomos de oxgeno; lo que da un total de ocho electrones por cada tomo de silicio. Sin embargo. El oxgeno tiene valencia de seis, y comparte electrones con dos tomos de silicio para que el oxgeno tenga un total de ocho electrones. En la fig.5 muestra una de las estructuras posibles de la slice. Tambin produce una estructura tetradrica como la del silicio (Si).

Figura 5.- estructura tetradrica de la slice (Si), que contiene enlaces covalentes entre los tomos de silicio y de oxgeno.DIAGRAMA DE ENLACE COVALENTE

En este enlace cada uno de los tomos aporta un electrn.

Los orbitales de las capas de valencia de ambos tomos se combinan para conformar uno solo que contiene 2 electrones

Tanto el enlace ionico como el enlace covalente, son los enlaces que caracterizan a los materiales duros

Como lo son las cermicas y las piedras preciosas. El enlace covalente tambin es caracterstico del agua y del dixido de carbono

Por eso es que es muy costoso, hablando energticamente, romper estas molculas en sus componentes basicos

ENLACE IONICO.-Cuando en un material est presente ms de una clase de atomos, unos pueden donar sus electrones de valencia a otros distintos, para llenar la capa externa de energa de la segunda clase de atomos. Los dos tomos tienen entonces llenos (o vacos) sus niveles externos de energa, pero los dos han adquirido una carga elctrica y se comportan como iones. El tomo que aporta los electrones queda con una carga positiva neta y se llama adquiere una carga negativa neta y se llama anin (es atrado hacia el nodo) entonces, los iones con carga opuesta son atrados entre si y producen el enlace ionico. Por ejemplo, la atraccin entre los iones de cloruro y los de sodio (fig. 6) produce el cloruro de sodio (NaCl), que es la sal de mesa.

Figura 6.- un enlace ionico se forma entre dos atomos diferentes con distintas electronegatividades. Cuando el sodio cede su electrn de valencia al cloro, ambos se transforman en iones; se desarrolla una atraccin y se forma un enlace ionico.Ejemplo:Descripcin del enlace inico entre magnesio y cloroDescriba el enlace inico entre el magnesio y el cloroSOLUCINLas estructuras electrnicas y las valencias son:Mg: valencia= 2Cl: valencia=7Cada tomo de magnesio cede sus dos electrones de valencia y se transforma en un ion. Cada tomo de cloro acepta un electrn y se transforma en un ion .Para satisfacer el enlazamiento ionico debe hacer doble cantidad de iones cloruro que de iones magnesio, y se forma el compuesto.Los slidos que tienen considerable enlazamiento ionico son tambin, con frecuencia, resistentes, debido a la fuerza de los enlaces. La conductividad elctrica de estos solidos con frecuencia es muy limitada. Una gran parte de la corriente elctrica se transfiere a travs del movimiento de iones (fig.7). Debido a su tamao, los iones no suelen moverse con tanta facilidad como los electrones. Sin embargo en muchas aplicaciones tcnicas se aprovecha la conduccin elctrica debida al movimiento de iones causada por mayor temperatura, gradiente de potencial quimico o una fuerza motriz electroqumica. Entre algunos ejemplos, estn las bateras de iones de litio, donde se usan xido de litio y cobalto, o los recubrimientos conductores de xido de indio y estao, para el vidrio delas pantallas sensibles al tacto; tambin se usan en celdas de combustible slidas de xido, basadas en formulaciones de circonia.

Figura 7.- cuando se aplica voltaje a un material ionico, se deben mover los iones completos para que la corriente pueda pasar. El movimiento de los iones es lento, y la conductividad elctrica es pobre.

DIAGRAMA DE ENLACE IONICO

ENLACE DE VAN DER WAALS:El origen de las fuerzas de van der Waals entre tomos y molculas es de naturaleza mecnica cuntica. Se presentara un cuadro simplificado. Si dos cargas elctricas +q y q esta separadas a una distancia d, el momento dipolar se define como q X d. los tomos son elctricamente neutros; tambin los centros de la carga positiva (nucleos) y la carga negativa (nube de electrones) coinciden en un lugar. En consecuencia, un tomo neutro no tiene momento dipolar. Cuando un tomo neutro est expuesto a un campo elctrico interno o externo, se polariza, es decir, se separan los centros de carga positiva y negativa. Esto crea o induce un momento dipolar. En algunas molculas no es necesario inducir el momento dipolar, ya que existe en virtud de la direccin de los enlaces y de la naturaleza de los atomos. A estas molculas se le llaman molculas polares. Ejemplo de una molecula que tiene un momento dipolar incorporado en forma permanente es la del agua (fig. 8)

Figura 8.- las interacciones de keesom forman como resultado de la polarizacin de molculas o de grupos de atomos. En el agua, los electrones del oxgeno tienden a concentrarse en un lugar alejado del hidrogeno. La diferencia de carga que resulta permite que la molecula se una dbilmente con otras molculas de agua.

Las molculas o los atomos que tienen un momento dipolar inducido o permanente se atraen entre s. La fuerza de atraccin se llama fuerza de van der Waals. Estas fuerzas de van der Waals entre atomos y molculas tienen su origen en interacciones entre dipolos inducidos o, en algunos casos, en interacciones entre dipolos permanentes que hay en ciertas molculas polares. Lo que caracteriza a esas fuerzas es que existen en todos los materiales. Hay tres clases de interacciones de van der Waals, que son las fuerzas de London, de keesom y de debye. Si las interacciones son entre dos dipolos inducidos en atomos o molculas, se llaman fuerzas de London, como por ejemplo, en el tetracloruro de carbono. Cuando un dipolo inducido (esto es, un dipolo que se induce en lo que de otra manera aseria un tomo o una molecula no polar) interacciona con una molecula que tiene dipolo permanente, se trata de una interaccin debye. Un ejemplo de interaccin de debye seran las fuerzas entre las molculas de agua y las molculas de tetracloruro de carbono.Si las interacciones son entre las molculas polares en forma permanente (por ejemplo, molculas de agua que se atraen entre s o que atraen a otras molculas polares) se les llama interacciones de keesom. La atraccin entre las regiones con carga positiva de una molecula de agua y las de carga negativa de una segunda molecula de agua forma un enlace de atraccin entre ambas. (fig. 8)Al enlazamiento entre molculas que tienen momento dipolar permanente, llamado fuerza keesom, se le llama con frecuencia puente de hidrogeno, cuando los atomos de hidrogeno forman una de las regiones polarizadas. As, el puente de hidrogeno es en esencia una fuerza keesom y es una clase de fuerza de van der Waals. La fuerza de keesom relativamente grande entre las molculas de agua en la causa de que la tensin superficial (72mJ/ o dinas/cm a temperatura ambiente) y el punto de ebullicin (10 C) sean mucho mayores que los de muchos liquidos organicos de peso molecular comparable (tensin superficial 20 a 25 dinas/cm; punto de ebullicin hasta 80 C).Obsrvese que los enlaces de van der Waals son enlaces secundarios pero los atomos dentro de la molecula o del grupo de atomos estn unidos por fuertes enlaces covalentes o inicos. Al calentar el agua hasta su punto de ebullicin, se rompen los enlaces de van der Waals y el agua se transforma en vapor, pero se necesitan temperaturas mucho mayores para romper los enlaces que unen los atomos de oxgeno e hidrogeno.Aunque se llaman enlaces secundarios, debido a las energas de enlace, los enlaces de van der Waals desempean un papel muy importante en muchas reas de la ingeniera. Las fuerzas de van der Waals entre atomos y molculas juegan un papel muy importante en la determinacin de la tensin superficial y el punto de ebullicin de los liquidos.Los enlaces de van der Waals pueden cambiar profundamente las propiedades de ciertos materiales. Por ejemplo, el grafito y el diamante tienen propiedades mecnicas muy distintas. En muchos materiales plsticos, las molculas contienen partes polares o grupos laterales (por ejemplo, las de algodn o celulosa, PVC, tefln). Las fuerzas de van der Waals entre las cadenas de esos polmeros (fig. 9) proveen una fuente adicional de enlace.Figura 9.- (a) en el cloruro de polivinilo (PVC), los atomos de cloro fijos a la cadena polimrica tienen una carga negativa; los de hidrogeno tienen carga positivas. Las cadenas estn unidas dbilmente por enlaces de van der Waals. Esta unin adicional hace que el PVC sea ms rgido. (b) cuando se aplica una fuerza al polmero, los enlaces se rompen y las cadenas se deslizan entre s.DIAGRAMA DE ENLACE INTERMOLECULAR Fuerzas de London Van der waalls Puentes de hidrogenoSe caracterizan porque la distancia entre los tomos es mas grande.

Permiten cierta cohesin en sustancias como el agua

Es mas comn en molculas y no tanto para atomos

ENLACE MIXTOEn la mayora de los materiales, el enlace entre los atomos es una mezcla de dos o ms tipos. Por ejemplo, el hierro esta enlazado en una combinacin de enlazamiento metalico y covalente que evita que los atomos se empaquen o empaqueten en la forma eficiente que cabe esperar de ellos.Los compuestos formados por dos o ms metales (compuestos intermetalicos) se pueden unir con una mezcla de enlaces metlicos y inicos, en especial cuando hay una gran diferencia de electronegatividades de los elementos. Como el litio tiene electronegatividad 1.0 y la del aluminio es 1.5, es de esperar que el AlLi tenga una combinacin de enlace metalico y ionico.

CLASIFICACION DE LOS MATERIALES EN LA INGENIERIAINTRODUCCIONHay muchas forma de clasificar los materiales, segn su composicin, por su origen, de acuerdo con sus propiedades fsico- qumicas, desde el punto de vista de la fabricacin, etc.; segn su origen, los materiales se pueden clasificar en materiales naturales y materiales artificiales, dependiendo de que se encuentren directamente en el medio natural o sean el resultado de algn proceso de fabricacin, como el granito, que es un material natural, mientras que el acero es un material artificial; segn su composicin, los materiales se pueden clasificar en elementos y compuestos, homogneos y heterogneos, metlicos y no metlicos, inorgnicos y organicos, etc.; segn sus propiedades, los materiales se pueden clasificar en rgidos y flexibles, tenaces y frgiles, conductores y aislantes, reciclables y no reciclables, etc.Los materiales se clasifican generalmente en cinco grupos: metales, cermicos, polmeros, semiconductores y materiales compuestos. Los materiales de cada uno de estos grupos poseen estructuras y propiedades distintas.Metales.- tienen como caracterstica una buena conductividad elctrica y trmica, alta resistencia, rigidez, ductilidad. Son particularmente tiles en aplicaciones estructurales o de carga. Las aleaciones (combinaciones de metales) conceden alguna propiedad particularmente deseable en mayor proporcin o permiten una mejor combinacin de propiedades.Cermicos.- tienen baja conductividad elctrica y trmica y son usados a menudo como aislantes. Son fuertes y duros, aunque frgiles y quebradizos. Nuevas tcnicas de procesos consiguen que los cermicos sean lo suficientemente resistentes a la fractura para que puedan ser utilizados en aplicaciones de carga. Dentro de este grupo de materiales se encuentran: el ladrillo, el vidrio, la porcelana, los refractarios y los abrasivos.Polmeros.-son grandes estructuras moleculares creadas a partir de molculas orgnicas. Tienen baja conductividad elctrica y trmica, reducida resistencia y debe evitarse su uso a temperaturas elevadas. Los polmeros termoplsticos, en los que las cadenas moleculares no estn conectadas de manera rgida, tienen buena ductilidad y confortabilidad; en cambio, los polmeros termoestables son ms resistentes, a pesar de que sus cadenas moleculares fuertemente enlazadas los hacen ms dbiles, entre ellas en dispositivos electrnicos.Semiconductores.- su conductividad elctrica puede controlarse para su uso en dispositivos electrnicos. Son muy frgiles.Materiales compuestos.- como su nombre lo indica, estn formados a partir de dos o ms materiales de distintos grupos, produciendo propiedades que nos e encuentran en ninguno de los materiales en forma individual.

CONTENIDOMATERIALES METALICOS Estn formados por enlaces metlicos Tienen una estructura cristalina Se clasifican en ferrosos y no ferrosos Generalmente tienen como caracterstica una buena conductividad elctrica y trmica.

ALEACIONES FERROSAS.-Las aleaciones ferrosas, basadas en aleaciones hierro-carbono, incluyen los aceros al bajo carbono, los aceros aleados y para herramientas, los aceros inoxidables y los hierros fundidos. Estos son los materiales ms ampliamente utilizados en el mundo. En la historia de la civilizacin, estos materiales dejaron huella al definir la edad de hierro. Los aceros se producen generalmente: refinando el mineral de hierro o reciclando la chatarra de acero (fig.10).En la produccin del acero de primera fusin el mineral de hierro (procesado para que contenga de 50% a 70% de xido de hierro) se calienta en un alto horno en presencia de coque (un refinado del carbn mineral) y oxigeno (fig.10). El coque desempea una doble funcin: es el combustible para el alto horno y tambin es el agente reductor. El coque se quema utilizando un chorro de aire (enriquecido en algunas ocasiones con oxgeno). El coque reduce el xido de hierro en un hierro de primera fusin, conocido como arrabio o hierro cochino. A una temperatura de aproximadamente 1600C. Este material contiene cercad de95% de hierro, 4% de carbono, de .3 a.9% de silicio, 0.5 de Mn y de 0.025 0.05% de azufre, fosforo y titanio. Como subproductos gaseosos, se generan monxido y bixido de carbono. Se agrega piedra caliza (CaC) como fundente para ayudar a eliminar impurezas. La piedra caliza se descompone formando oxido de calcio. El xido de calcio forma eutcticos con la slice y otros xidos presentes en forma de impurezas en el concentrado del mineral, lo que ayuda a producir una escoria fundida. La escoria es un subproducto del proceso de alto horno. Contiene slice, CaO y otras impurezas en forma de silicatos fundidos.Dado que el arrabio fundido contiene una gran cantidad de carbono, se sopla oxgeno en el horno de oxigeno bsico (BOF, por sus siglas en ingles), afn de eliminar el exceso de carbono y producir acero lquido. El acero tiene un contenido de carbono hasta un mximo de 2%.Casi todos los tratamientos trmicos del acero tienen como finalidad la produccin de una mezcla de ferrita y cementito que d la combinacin correcta de las propiedades. La figura 10 muestra tres micro constituyentes importantes o arreglos atmicos de ferrita y cementita, que es lo que generalmente se desea obtener. La perlita es un contribuyente formado por una mezcla laminar de ferrita y cementita. En la vainita, que se obtiene al transformar la austenita mediante un gran subenfriamiento, la cementita es ms redonda que la perlita.

Figura 10.- microfotografas electrnicas de (a) perlita, (b) vainita y (c) martensita revenida, que ilustran las diferencias en el tamao y forma de la cementita en estos tres micro-constituyentes (7500x)En conclusin las aleaciones ferrosas tienen como elemento mayoritario el Fe y en general son aleaciones fuertes, maleables, de bajo costo y relativamente fciles de obtener. La mayor produccin de estas son los aceros, aleaciones Fe-C, a los que cambiando el porcentaje de estos elementos y agregando algunos otros, se les pueden dar propiedades especficas, dependiendo de la industria a la que se van a aplicar.

APLICACIN INDUSTRIAL:La industria del acero se divide en varias ramas como se muestra en la figura 11: Aceros al carbn, con uso en construccin Aceros inoxidables, para maquinado de piezas, platera e instrumental quirrgico. Aceros para herramientas, a los que se les agrega W y Mo para endurecerlos. Aleaciones de acero con distintos elementos. Estos ya son de usos ms especficos de acuerdo al elemento agregado Aleaciones ultra resistentes (de baja aleacin), que son los aceros de ltima generacin.

Figura 11.- ramas principales de la industria del acero. ALEACIONES NO FERROSAS Las aleaciones no ferrosas (es decir, aleaciones de elementos distintos al hierro) incluyen, pero no est limitados a, aleaciones base aluminio, cobre, nquel, cobalto, zinc, metales preciosos (como Pt, Au, Ag, Pd) y otros metales (por ejemplo: Nb, Ta, W). En muchas aplicaciones el peso especfico es un factor crtico. Con el objeto de relacionar la resistencia de un material con su peso, es decir su resistencia especfica, se define una relacin resistencia a peso: .En la siguiente tabla se compara la resistencia especfica del acero, de algunas aleaciones no ferrosas de alta resistencia y de materiales compuestos de matriz polimrica. Otro factor que debe tomarse en cuenta en el diseo de metales no ferrosos es su costo, el cual caria de manera considerable. La tabla incluye el precio aproximado de diferentes materiales; sin embargo, es necesario tomar en cuenta que el precio del material es solo una pequea porcin de costo del componente

A pesar de que las aleaciones ferrosas, particularmente el acero, son ampliamente usadas en ingeniera por sus buenas propiedades mecnicas y su relativamente bajo costo de produccin, existen algunas limitaciones en ellas, pues son materiales relativamente densos, en general no son buenos conductores elctricos y, salvo los aceros inoxidables, son materiales proclives a la corrosin. Por tal motivo, la industria ha desarrollado otras aleaciones con metales base distintos al Fe, denominadas aleaciones no ferrosas. APLICACION ALA INDUSTRIA NO FERROSOS: Aleaciones base Cu. Son buenas conductoras y en algunos casos, tienen propiedades mecnicas especiales que las hacen muy tiles en la fabricacin de muelles, diafragmas y piezas que forman parte de aparatos de medida elctrica y baromtrica. Ejemplos son el bronce y las aleaciones Cu-Be. Aleaciones base Al. Son materiales ligeros y muy flexibles, lo que permite maquinarlos a formas muy diversas, adems de ser de baja corrosin. Se usas en el enlatado de alimentos y manufactura de todo tipo de piezas, incluyendo las de automviles y aviones. Aleaciones base Ti. Son aleaciones menos densas que el acero pero con propiedades mecnicas muy similares, por lo que se usan en la industria aeronutica y aeroespacial. Adems tambin son materiales de bajo porcentaje de corrosin por lo que son muy tiles en la industria qumica donde se trabajan muchas sustancias corrosivas y, en la actualidad, tienen adems aplicacin en el rea de biomateriales como prtesis de huesos de alta carga mecnica ( cadera, rodilla, fmur, etc..) Aleaciones de nquel y cobalto. Estas aleaciones se utilizan para la proteccin contra la corrosin como para obtener resistencia a alta temperatura, al aprovechar sus puntos elevados de fusin y sus altas resistencias. Ciertas aleaciones basadas en Fe-Ni y Fe-Co forman materiales magnticos de muy buena calidad. El niquel y sus aleaciones tienen una excelente resistencia a la corrosin y buenas caractersticas de formado. Cuando se le agrega cobre al nquel, se obtiene la resistencia mxima cerca de 60% Ni. Superaleaciones. Son aleaciones de niquel, hierro-niquel y cobalto que contienen grandes cantidades de elementos de aleacin, con la finalidad de producir una combinacin de alta resistencia a temperaturas elevadas, resistencia al termo fluencia a temperaturas de hasta 1000 C y resistencia a la corrosin. Los principales usos se encuentran en paletas y labes para las turbinas y motores a reaccin, intercambiadores de calor, componentes para reactores qumicos y equipo para tratamiento trmico.MATERIALES CERAMICOS:Los materiales cermicos se han utilizado durante miles de aos. La mayora de los materiales cermicos presentan una buena resistencia a la compresin; sin embargo, no exhiben virtualmente nada de ductilidad a la tensin. La familia de los materiales cermicos incluye materiales inorgnicos policristalinos y de un solo cristal, vidrios inorgnicos amorfos y vitroceramicos.Existen muchas maneras distintas de clasificar los materiales cermicos. Una de ellas es definirlos con base en la clase de sus compuestos qumicos (por ejemplo, xidos, carburos, nitruros, sulfuros, etc.). Otra forma, es clasificar los materiales cermicos segn su funcin principal.Los materiales cermicos se utilizan en una amplia gama de tecnologas como refractarias, bujas, dielctricos en capacitores, sensores, abrasivos, medios de grabacin magntica, etc.Los materiales cermicos tambin pueden aparecer en la naturaleza en forma de xidos o como materiales naturales; el cuerpo humano tiene la capacidad asombrosa de fabricar hidroxiapatita, un material cermico que se encuentra en los huesos y los dientes. Los materiales cermicos tambin e utilizan como recubrimientos. Los vidriados son recubrimientos cermicos aplicados a objetos de vidrio, los esmaltes son recubrimientos cermicos aplicados a objetos metlicos. La almina y el silicio son los materiales cermicos de mayor uso, existen numerosas aplicaciones en una lista en dicha tabla que dependen de los uso de esos dos materiales cermicosEn conclusin los materiales cermicos tienen como caracterstica qumica estar compuestos principalmente por enlaces inicos y covalentes, que se ordenan en forma especfica, dndole al material una estructura cristalina, lo que les proporciona ciertas propiedades distintivas. Son materiales, de baja conduccin elctrica y mecnicamente frgiles. Algunos de estos materiales se utilizan desde la antigedad, pues son materiales de uso de construccin ms extendidos y antiguos del mundo, debido a la abundancia de terrenos arcillosos en casi todas las zonas del planeta (fig. 12). Los ladrillos, adobes y todo tipo de tabiques usados en construccin son ejemplos de estos Figura 12.- edificacin de ladrillos de la antigua Mesopotamia.

Sin embargo, en la actualidad, los diversos mtodos de produccin han permitido crear cermicas avanzadas o estructurales, materiales de muy diversas caractersticas, incluyendo aquellas con buena conductividad elctrica o mejores propiedades mecnicas, por lo que el uso de estos va ms all de la edificacin.Estos materiales se pueden clasificar en cermicas basadas en xidos, nitruros, carburos, silicuros y otros. Entre las cermicas avanzadas cabe destacar la almina, la berilia, los carburos, los nitrilos y los boruros.La produccin de cermicas avanzadas sigue las etapas de produccin de polvos, preparacin de la masa por humectacin, conformado y secado, prensado y sintetizacin, aplicando el calor con o sin presin simultnea, para acabar con el mecanizado. La correcta composicin de los polvos constituye un poco fundamental del proceso, para lo que es preciso eliminar totalmente las impurezas y uniformar el tamao de las partculas. Los procesos ms utilizados son: La fundicin por revestimiento. Una suspensin de arcilla en agua se vierte en un molde. A medida que el contenido de agua en la superficie disminuye, se forma un slido suave. El lquido sobrante se elimina y la forma hueca se retira del molde. La unin en este punto es arcilla-agua. La conformacin plstica en hmedo. En unos de los casos se apisona un refractario hmedo en un molde y luego se lo destruye para que salga en una forma determinada. La masa pltica se fuerza a travs de n troquel para producir una forma alargada que luego corta la longitud deseada. Cuando se desea formar figuras circulares tales como los platos, se coloca una masa de arcilla hmeda en la rueda rotativa, y se le conforma con una herramienta. Prensado con polvo seco. Se consigue rellenado un troquel con polvo y luego prensndolo. Generalmente el polvo contiene algn lubricante, tal como acido, esterico o cera. Despus la pieza fresca o verde se somete al horneado. Mientras se calienta, se elimina el agua y los gigantes voltiles. Prensado en caliente. involucra simultneamente las operaciones de prensado y sintetizacin. Se obtienen mayor densidad y tamao ms fino del grano. El problema es obtener una duracin adecuada del troquel a temperaturas elevadas, para lo cual muchas veces se emplean atmosferas de proteccin. La compactacin isosttica. El polvo se encapsula en un recipiente que se pueda comprimir y se sumerge en un fluido presurizado. Las formas del recipiente y de los corazones removibles determinan la forma del prensado. El prensado puede ser en caliente o en frioNOTA:dentro de la clasificacin de las cermicas es que los vidrios NO son materiales cermicos, se estudian de forma aparte, pues aunque tienen caractersticas similares, no son materiales solidos si no liquidos subenfriados y si estructura no es cristalina si no amorfa.POLIMEROS:Un polmero es un material constituido al combinar varios meros o unidades. Los polmeros son materiales que consisten en molculas gigantes o macromolculas promedio de 10000 a 1 000 000 g/mol y que se forman al unir muchos meros o unidades mediante enlace quimico. La mayora de los polmeros son liquidos o slidos, son organicos basados en el carbono; sin embargo tambin pueden ser inorgnicos (por ejemplo, siliconas basadas en una res Si-O).Los polmeros se pueden clasificar de distintas formas, por su estructura, sus compuestos o su comportamiento mecnico y trmico. De estas dos propiedades se puede hacer la divisin a polmeros termoplsticos y termoestables (termofijos). los polmeros termoplsticos son relativamente blandos y dctiles. La mayoria de los polmetros lineales y los que tienen estructuras ramificadas con cadena flexibles son termoplsticos. Ejemplo de estos son todo el envasado plstico y las piezas pequeas en aparatos y automviles. Los termoestables son blandos o plsticos al calentarlos por primera vez. Despus de enfriados no pueden recuperarse para transformaciones posteriores. Todos ellos tienen una estructura molecular de forma reticular tridimensional por lo que son materiales compactos y duros. No son afectados por la temperatura, es decir, tienen temperaturas de fusin relativamente altas y son como la melanina y las resinas epoxicas que se usan para hacer formas duras y de alta resistencia mecnica. Los elastmeros, incluyendo el caucho, tienen una estructura intermedia, en la cual se permite que ocurra una ligera formacin de enlaces cruzados entre las cadenas. Los elastmeros tienen la capacidad de deformarse elsticamente en grandes cantidades sin cambiar de forma permanente.

En general los polmeros tienen una excelente resistencia mecnica debido a que las grandes cadenas polimricas se atraen por distintas fuerzas de atraccin intermolecular que dependen de la composicin qumica del polmero (van der Waals, puente de hidrogeno, dipolo-dipolo, etc.)La gran ventaja de los polmeros es que no tienen la necesidad de constar de molculas individuales todas del mismo peso molecular, y no es necesario que tengan tosas la misma composicin qumica y la misma estructura molecular, lo que permite formar una variedad amplia y jugar con las caractersticas del polmero para obtener propiedades particularesPOLIMERIZACIN La polimerizacin es el proceso por el cual se forman polmeros a partir de monmeros. De acuerdo a las reacciones de los procesos se pueden dividir en: Condensacin. La molecula de monmero pasa a formar parte del polmero sin prdida de atomos. La polimerizacin por adicin no produce subproductos, generalmente agua o HXCl gaseoso (fig.13) Adicin. La molecula de monmero pasa a formar parte del polmero sin prdida de atomos. La polimerizacin por adicin no produce subproductos (fig.14) Crecimiento de cadena. Los monmeros pasan a formar parte de la cadena de uno en uno. Primero se dormn dmeros, despus trmeros, a continuacin tetrmeros, etc. La cadena se incrementa de uno en uno, monmero a monmero y solo los monmeros pueden reaccionar con cadenas en crecimiento (fig.15) Crecimiento por etapas. Es posible que un oligomero reaccione con otros, es decir, un dinero con un trmero, un tetrmero con un dmero, etc. La cadena se incrementa en ms de un monmero, por lo que en este caso las cadenas en crecimiento pueden reaccionar entre s para formar cadenas an ms largas (fig.16)Figura 13.- esquema de una reaccin por condensacin

Figura 14.- esquema de reaccin por adicin.

Figura 15.- esquema de crecimiento por cadena

Figura 16.- esquema de crecimiento por etapas. Este es el crecimiento tpico de todos los polmeros tridimensionales, tal como el ADN.MATERIALES COMPUESTOSUn material compuesto es el resultado de la combinacin de dos tipos de materiales: metal-metal, metal-cermico, metal-polmero, polmero-cermico, polmero-polmero y cermico-cermico. Estos se encuentran en diferente porcentaje (fig. 17), siendo la fase que se encuentra en mayor proporcin la matriz o fase continua, mientras que la fase que s de menor proporcin se le denomina refuerzo o fase discontinua.Figura 17.- esquema de un material compuesto en donde se identifica la fase mayoritaria como matriz y la minora como refuerzo.

Las variables que se manejan en ese tipo de materiales son generalmente el volumen que ocupa el refuerzo, su tamao, su forma y el tipo de acomodo que tiene, incluyendo distribucin y orientacin. Los materiales compuestos ms usados son:

Materiales compuestos reforzados con fibras que estn inmersas en una matriz (fig.18 a) Materiales compuestos reforzados con varias capas de lminas de distintos materiales (fig. 18 b) Materiales compuestos reforzados con partculas de diferente dimetro diseminadas en el volumen de la matriz (fig. 18 c)

Figura 18.- esquemas de los materiales compuestos ms usados (a) refuerzo con fibras, (b) refuerzo en capas, (c) refuerzo con partculas.

La gran ventaja de los materiales compuestos es que, con el refuerzo adecuado, se puede modificar alguna de las propiedades de la matriz. Estas propiedades pueden ser mecnicas, como mayor resistencia al desgaste o a la fatiga; de tipo quimico como mayor resistencia a la corrosin o de tipo fsico como mejoras en el comportamiento de los materiales a campos elctricos, acsticos o a la temperatura y la presin.Debido a estas ventajas, los materiales compuestos tienen una gran aplicacin en reas donde las propiedades mecnicas, la resistencia y la baja densidad de los materiales son decisivos, como la construccin, la aeronutica, la automotriz y la odontolgica entre otras.SEMICONDUCTORES

Los semiconductores son elementos que tiene una conductividad elctrica inferior a la de un conductor metalico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor ms utilizado es el silicio, que es el elemento ms abundante en la naturaleza, despus del oxgeno. Otros semiconductores son el germanio y el selenio.Los atomos de silicio tienen su orbital extremo incompleto con solo cuatro electrones, denominados electrones de valencia. Estos atomos forman una red cristalina, en la que cada tomo comparte sus cuatro electrones de valencia con los cuatro atomos vecinos, formando enlaces covalentes. A temperatura ambiente, algunos electrones de valencia absorben suficiente energa calorfica para liberarse del enlace covalente y moverse a travs de la red cristalina, convirtindose en electrones libres. Si a estos electrones, que han roto el enlace covalente, se les somete al potencial elctrico de una pila, se dirigen al polo positivo.

Cuando un electrn libre abandona el tomo de un cristal de silicio, deja en la red cristalina un hueco, que con respecto a los electrones prximos tiene efectos similares a los que provocara una carga positiva. Los huecos tienen la misma carga que el electrn pero con signo positivo.El comportamiento elctrico de un semiconductor se caracteriza por los siguientes fenmenos: Los electrones libres son portadores de carga negativa y se dirigen hacia el polo positivo de la pila. Los huecos son portadores de la carga positiva y se dirigen hacia el polo negativo de la pila Al conectar la pila, circula una corriente elctrica en el circuito cerrado, siento constante en todo momento el nmero de electrones dentro del cristal de silicio. Los huecos solo existen en el seno del cristal semiconductor. Por el conductor exterior solo circulan los electrones que dan lugar a la corriente elctrica.SEMICONDUCTORES P Y NEn la prctica, para mejorar la conductividad elctrica de los semiconductores, se utilizan impurezas aadidas voluntariamente. Esta operacin se denomina dopado, utilizndose dos tipos: Impurezas pentavalentes. Son elementos cuyos atomos tienen cinco electrones de valencia en su orbital exterior. Entre ellos se encuentran el fosforo, el antimonio y el arsnico. Impurezas trivalentes. Son elementos cuyos atomos tienen tres electrones de valencia en su orbital exterior. Entre ellos se encuentran el boro, el galio y el indio.Cuando un elemento con cinco electrones de valencia entra en la red cristalina de silicio, se completan los cuatro electrones de valencia que se precisan para llegar al equilibrio y queda libre un quinto electrn que le hace mucho mejor conductor. De un semiconductor dopado con impurezas pentavalentes se dice que es tipo N.

En cambio, si se introduce una impureza trivalente en la red cristalina del silicio, se forman tres enlaces covalentes con tres atomos de silicio vecinos, quedando un cuarto tomo de silicio con un electrn sin enlazar, provocando un hueco en la red cristalina. De un semiconductor dopado con impurezas trivalentes se dice que es de tipo P.

UNION PNCuando a un material semiconductor se le introducen impurezas de tipo P por un lado e impurezas tipo N por otro, se forma una unin PN.Los electrones libres de la regin N ms prximos a la regin. N se crean iones positivos con los huecos ms prximos de dicha regin. En la regin N se crean iones positivos y en la region P se crean iones negativos. Por el hecho de formar parte de una red cristalina, los iones mencionados estn interaccionados entre si y, por tanto, no son libres para recombinarse. Por todo lo anterior, resulta una carga espacial positiva en la regin N y otra negativa en la regin P, ambas junto a la unin. Esta distribucin de cargas en la unin establece una barrera de potencial que repele los huecos de la regin P y los electrones de la regin N alejndolos de la mencionada unin. Una unin PN no conectada a un circuito exterior queda bloqueada y en equilibrio electrnico a temperatura constante.

CONCLUSIONES se conocieron los tipos de enlaces asi como sus funciones y en que material en especifico se presentan cada uno. Se determino que tanto los enlaces covalentes como los enlaces metlicos caracterizan a los materiales duros. Un ejemplo de estos materiales son las cermicas y las piedras preciosas El enlace ionico debe de ceder electrones Los enlaces intermoleculares son tres. Estos enlaces se caracterizan por la larga distancia entre los atomos. En la clasificacin de materiales se concluyo que los metales ferrosos son de mayor uso. Tambin los metales se caracterizan por ser buenos conductores trmicos y elctricos. Las aleaciones ferrosas tienen como elemento mayoritario el Fe y en general son aleaciones fuertes, malaeables, de bajo costo y fciles de obtener. Las aleaciones no ferrosas son aleaciones distintas con metales base Fe, las mas utilizadas son las aleaciones base Cu, base Ti y base Al. En los materiales cermicos estas constituidos por enlaces ionicos y covalentes, los que le dan al material una estructura cristalina, lo cual les proporciona unas propiedades distintivas. Los cermicos son materiales inorganiscos, de baja conduccin elctrica y fragiles. Los polmeros se forman con la unin de cientos de molculas pequeas llamadas monmeros Por lo general los polmeros tienen gran resistencia mecnica, debido a que las grandes cadenas polimricas se atraen por distintas fuerzas de atraccin (van der waalls).

BIBLIOGRAFIA

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askeland, d. r. (s.f.). CIENCIA E INGENIERIA DE LOS MATERIALES. THOMPSON.