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• Martin Velasco Ormeño

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ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS Y AMORFOS

Estructura submicroscópica de substancias metálicas  En los metales opacos y algunos No metales. Se ha determinado su

estructura (arreglo de sus átomos) mediante la Difracción de rayos X y luego el proceso se ha extendido a otras substancias diferentes.  Los metales y no metales se componen de unidades básicas, conocidas como células o celdas unitarias. La celda unitaria es la subdivisión mas pequeña que se estudia en un cristal.  Tiene la estructuración tridimensional de los átomos, que por lo general presenta una disposición o arreglo ordenado en los sólidos cristalinos.  Si el arreglo de los átomos en un sólido no es ordenada, sino errática, se dice que la substancia es amorfa o vítrea (no cristalina) Ejemplos: una copa de cristal y otra de vidrio  El tipo de arreglo (0rdenado o errático) depende de la temperatura y del tiempo de formación: a mayor tiempo mas ordenado.

Arreglo Atómico ó Molecular del agua El arreglo de átomos e iones (microestructura ) desempeña un papel importante en las propiedades (consistencia) de un material especial : Agua. SÓLIDO: Enlazados

LIQUIDO: Semi-enlazados

GASEOSO: Aislados

En los distintos estados de la materia se pueden encontrar tres clases de “arreglos” atómicos:

 Orden de corto alcance:

 Orden de largo alcance:

Sílice amorfo

Sílice cristalino

Ordenamiento de corto alcance: el arreglo espacial de los átomos se extiende sólo a los vecinos más cercanos. Cada molécula de agua en fase vapor 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.

Ejemplos: agua en estado vapor

Vapor de agua

vidrios cerámicos (sílice), polímeros

Sílice amorfo

 Por tanto: El arreglo atómico difiere de un

material a otro en forma y dimensión, dependiendo del tamaño de los átomos y del tipo de enlace entre ellos. En el caso de los METALES, cuando estos están en estado sólido (fundidos y luego enfriados), sus átomos se alinean de manera regular en forma de mallas tridimensionales. 1. Estas

mallas

pueden

ser

identificadas

fácilmente por sus propiedades químicas, físicas o por medio de difracción de rayos X ELIMINAR

Sólidos Orden de largo alcance (CRISTAL): al solidificar el material los átomos se sitúan según un patrón tridimensional repetitivo, en el cual cada átomo está enlazado con su vecino más próximo ( > 100

Microestructura

nm) 1 nm. = 10E-9 m = 10E-7 cm.

Sin orden (AMORFO o VÍTREO): carecen de un ordenamiento atómico sistemático y regular a distancias atómicas relativamente grandes. ELIMINAR

Diagrama molecular del cuarzo amorfo (SiO2) en red cristalina

Diagrama molecular del vidrio (SiO2) en sólido amorfo (no cristalino ó vítreo)

**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 (repetitivo) 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: Unidad cúbica de repetición en la red (subdivisión de una red que sigue conservando las características generales de toda la red) . Al apilar celdas unitarias idénticas se puede construir toda la red.

(a)

(b)

Ejemplo: Estructura cristalina cúbica de cara centrada (FCC): (a) representación de la celda unidad mediante esferas rígidas (b) celda unidad se representa mediante esferas reducidas

Representación de la red y de la celda unitaria del sistema

CÚBICO CENTRADO EN EL CUERPO (BCC)

(Hierro: BCC) (Po)

Cúbica centrada en sus caras

(Hierro: FCC)

7 Sistemas cristalinos Variaciones: Se reconocen 14 Redes de Bravais

Estructuras cristalinas de elementos metálicos a 25ºC y 1 atm. Estructura cristalina

Elemento

Hexagonal compacta

Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn

Cúbica compacta

Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ni, Pb, Pt

Cúbica centrada en el cuerpo

Ba, Cr, Fe, W, alcalinos

Cúbica-primitiva

Po

Principales estructuras cristalinas de los metales • Existen 3 estructuras principales de los metales a) Cubica centrada en el cuerpo (BCC) b) Cúbica centrada en la cara (FCC) c) Hexagonal compacta (HCP)

Densidad La densidad teórica de un material se puede calcular con las propiedades de su estructura cristalina

m a s a a t ó m ic a  c a n t id a d d e á t o m o s p o r c e ld a  D e n sid a d  v o lu m e n d e la c e ld a u n it a r ia  N º A v o g a d ro 

El hierro puro se presenta en estructura cristalina BCC y FCC en el rango de temperaturas que va desde temperatura ambiente hasta la temperatura de fusión a 1.539 ºC.

BCC

FCC