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• Alvaro Vera

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NATURALEZA DE LOS MATERIALES  Estructura atómica o Tipos de enlaces  Cómo se organizan los átomos o Estructura cristalina o Estructura amorfa  Materiales en ingeniería Introducción  El conocimiento de los materiales es crítico en el estudio de los procesos de manufactura o El éxito del proceso de transformación está determinado por las propiedades y características de los materiales  Estructura atómica: o La unidad básica de la materia es el átomo o Está compuesto por :  Núcleo cargado positivo  Un grupo de electrones, con carga negativa, que equilibra a la carga del núcleo.  El número de electrones indica:  El numero atómico  El elemento de que se trata o Dependiendo de la presión y temperatura, cada elemento puede estar en estado,  Solido  Liquido  Gaseoso o Cada elemento tienen una fase natural a temperatura ambiente y presión atmosférica.

o Los elementos se agrupan en familias y se establecen relaciones por medio de la tabla periódica.  Los metales se agrupan en la parte central izquierda  Los no metálico en la parte derecha.  Columna extremo derecho están los gases nobles.  Gran estabilidad química.  Entre los dos grupos se encuentran los metaloides  Los elementos en una columna tienen una correlación de sus propiedades. o Muchas de las similitudes se explican por la estructura atómica. o Un modelo atómico utilizado es el modelo planetario.  Núcleo en el centro  A su alrededor giran los electrones a distancia fijas ( orbitas)  Cada orbita acepta un número fijo de electrones ( 2n 2).  La afinidad para mezclarse con otros átomos está determinada por:  El número de electrones en la capa más alejada, con relación al máximo permitido.  Si la órbita está llena de electrones el material es muy estable.  Si le faltan electrones tienden reaccionar fácilmente

ENLACES ATOMICOS Y MOLECULARES Enlaces atómicos:  Atracciones entre átomos provocadas por los electrones de valencia o Tipos de enlaces:  Iónicos  Los átomos de un elemento ceden los electrones exteriores a otros átomos para completar a ocho la cuenta del orbital de su capa exterior.  De esta manera un átomo queda cargado positivo y el otro negativo.  Ejemplo fluoruro de sodio  Poca ductilidad y baja conductividad eléctrica  Covalente  Los electrones no se transfieren sino que se comparten en las capas exteriores.  Ejemplo en la formación del F2.  Alta dureza y baja conductividad eléctrica  Metálico  Valido para metales puros y aleaciones  Átomos tienen muy pocos electrones en su capa exterior  Los electrones de los átomos se comparten entre todos los átomos formando una nube.  La nube proporciona la fuerza de atracción para mantener junto a los átomos.  Los átomos tienen buena conductividad eléctrica, buena ductilidad y buena conducción térmica.

 Enlaces moleculares o Son fuerzas de atracción entre moléculas. o No hay transferencia de electrones entre las moléculas o Tipos de fuerzas:  Fuerzas dipolares  Surgen en una molécula formada por dos tipos de átomos con cargas eléctricas iguales y opuestas.  La molécula es eléctricamente neutro.  A escala molecular se forman dos dipolos debido a la orientación de los átomos  El extremo positivo de una molécula se atrae con el extremo negativo de otra  Cloruro de hidrogeno  Fuerzas de London  Los átomos no forman dipolos permanentes.  Debido al movimiento de los electrones en órbita se forman dipolos temporales cuando se concentran más electrones en un lado.  El dipolo instantáneo forma la fuerza de atracción entre las moléculas  Enlaces de hidrógeno.  Se forman cuando las moléculas tienen átomos de hidrógenos unidos covalentemente a otro átomo.  Los electrones para completar la capa exterior quedan alineado a un lado del núcleo.

 El lado opuesto queda cargado positivamente atrae a la molécula vecina.

ORGANIZACIÓN DE LOS ATOMOS  Los materiales en estado sólido presentan una estructura: o En algunos casos ordenada  Se llama estructura cristalina  Característica presente en todos los metales.  Además en muchos cerámicos y polímeros o En otros casos tienden a presentar una estructura no cristalina  Algunos metales en los que se enfría rápidamente y se deforma al mismo tiempo.  Vidrio  Muchos plásticos  El mercurio a temperatura ambiente  Además :  Los líquido y gases  Los metales fundidos

 Estructura cristalina o Los átomos toman posiciones regulares o El patrón puede repetirse millones de veces en un cristal dado.  Se denomina celda unitaria o Uno de los patrones es la celda cúbica centrada en el cuerpo

a) Celda indica la posición de los átomos b) Apilado compacto de los átomos c) Patrón repetitivo  Tipos de estructuras en metales: 1. Cubica centrada en el cuerpo ( BCC) 2. Cubica centrada en las caras ( FCC) 3. Hexagonal compacta ( HCP)  Algunos metales modifican su estructura con la temperatura o El hierro  BCC a temperatura Normal  FCC a sobre 912 ºC  BCC a temperatura superiores a 1400 ºC

Imperfecciones de los cristales  Se clasifican en defectos o Puntuales o Lineales o Superficiales  Defectos Puntuales: o Vacancia  Es un átomo faltante dentro de la estructura reticular o Interticialidad

 Distorsión producida por un átomo extra en la estructura o Vacancia por par iónico  Es la falta de un par de iones con carga opuestas en un compuesto con equilibrio de carga o Desplazamiento iónico  El ion es removido de su posición en la retícula y se inserta en una posición intersticial que no ocupada normalmente por el ion ( defecto Frenkel).

 Defectos lineales o Dislocación:  Es un grupo de defectos puntuales conectados. o Dislocación de borde  Es un plano extra de átomos que existe en la celda

o Dislocación helicoidal  Es una espiral alrededor de un eje dentro de la retícula

 Defectos superficiales o Son imperfecciones que se extiende en dos dimensiones para formar un límite. o La superficie es una interrupción de la estructura. o Un ejemplo son los limites de grano

 Los materias cristalino y no cristalino presentan distintos: o Puntos de fusión o Expansión térmica o Un material cristalino aumenta de volumen cuando se funde  Presenta un cambio volumétrico repentino a una temperatura dada.  Los amorfos no presentan este cambio

RESUMEN: Metales:  Tienen casi sin excepción estructura cristalina  Presenta un enlace metálico  Los electrones de valencia tienen gran movilidad  Muchos son dúctiles  Buena conductividad térmica y eléctrica Cerámicos  Presentan moléculas con enlaces iónicos, covalente o ambos  Los átomos metálicos ceden o comparten los electrones externos con los átomos no metálicos  Tienen alta dureza y rigidez  Son frágiles  Aislante eléctricos y refractarios  Presenta un estructura cristalina y no cristalina  El vidrio es amorfo Polímeros  Consta de muchas moléculas que se repiten  Sus átomos comparten electrones lo que mantiene unida a la molécula  Sus elemento son generalmente carbono, oxigeno y nitrógeno  Los enlaces segundarios mantiene unidas las moléculas unas a otras.  Puede tener una estructura cristalina o no cristalina  Baja densidad  Baja conductividad térmica y eléctrica  Menor resistencia que los metales  Termoplásticos: o Se pueden calentar y enfriarse sin alterar su estructura  Termo rígido o Adopta una estructura rígida cuando se le enfría desde su condición plástica  Si se vuelve a calentar se degrada no se derrite  Elastómeros

o

Poseen grandes moléculas con una estructura espiral que se enrolla y desenrolla bajo esfuerzo cíclico