Download - Tema3resdes
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
1
TEMA III
Estructura Interna de los Materiales
LECCIN 3
Estructura Cristalina y Amorfa
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
2
La materia puede presentarse en tres estados: gaseoso, lquido y slido
Estado gaseoso: Segn la teora cintica los gases estn formados por pequeas
esferas elsticas que se mueven desordenadamente de forma incesante, debido a
que poseen una alta energa cintica cuyo valor depende exclusivamente de la
temperatura: E = KT (K cte. de Boltzmann)
Las partculas estn muy alejadas entre s, no existiendo interacciones entre ellas
3.1 ESTADOS DE LA MATERIA
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
3
Estado lquido: las partculas poseen menor energa cintica que en los gases, por lo
que existen fuerzas atractivas entre ellas, siendo la velocidad de difusin menor en
los lquidos.
La interaccin entre las molculas y el hecho de que su compacidad sea mxima,
ocasiona que, a diferencia de los gases, los lquidos sean incompresibles, pero
conservando las caractersticas de isotropa
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
4
Estado slido: sus partculas estn en contacto entre s, en posiciones fijas y con
fuertes atracciones mutuas
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
5
Atendiendo a su ordenacin estructural, los slidos se clasifican en:
cristalinos, constituidos por pequeos cristales en los cuales los tomos estn
empaquetados segn patrones tridimensionales regulares y repetitivos
3.2 SLIDOS CRISTALINOS Y AMORFOS
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
6
amorfos (o vidrios), cuando no existe regularidad en la disposicin espacial de sus
tomos
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
7
Cualquier red cristalina puede describirse como un modelo formado a base de repetir
varias unidades estructurales.
Una red es un arreglo peridico de puntos que definen un espacio.
La celda unidad o celda patrn es una subdivisin de la red cristalina que conserva
las caractersticas generales de toda la red.
Al apilar celdas unidad idnticas se
genera toda la red.
3.3 REDES CRISTALINAS
Puntos reticulares (o nodos)
Celda unitaria
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
8
La celda unidad se define geomtricamente por 6
parmetros (parmetros de red):
tres ejes cristalogrficos (a, b y c)
tres ngulos interaxiales (a, b y g).
Variando los parmetros de red se obtienen los
7 sistemas cristalinos
3.4 SISTEMAS CRISTALINOS Y REDES DE BRAVAIS
Cbico
a = b = c
a = b = g = 90
Hexagonal
a = b c
a = b = 90
g = 120
Tetragonal
a = b c
a = b = g = 90
Ortorrmbico
a b c
a = b = g = 90
Rombodrico
(Trigonal)
a = b = c
a = b = g 90
Monoclnico
a b c
a = g = 90 b
Triclnico
a b c
a b g 90
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
9
Existen 14 tipos de
celdas unitarias o
Redes de Bravais
Segn la ubicacin de los
nodos:
vrtices (P)
centros de las caras (F)
centros de bases (C)
centro de la celda (I)
Monoclnica centrada en las bases
Ortorrmbica centrada en el cuerpo
Cbica simple Cbica centrada en las caras
Cbica centrada en el cuerpo
Tetragonal simple
Rombodrica
Tetragonal centrada en el cuerpo
Hexagonal
Ortorrmbica centrada en las bases
Ortorrmbica centrada en las caras
Ortorrmbica simple
Monoclnica simple Triclnica
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
10
Cbica simple (CS)
Cbica centrada en las
caras (FCC)
Cbica centrada en el
cuerpo (BCC)
Nmero de ocupacin o multiplicidad (n): n tomos contenidos en la celda unidad
Los vrtices contribuyen al recuento con 1/8 de tomo
Las caras con 1/2
Los nodos centrales con 1.
3.5 ESTRUCTURAS CRISTALINAS COMUNES
tomos2raltomo cent1vrtice
tomo
8
1vrtices8n:BCC
tomos4cara
tomo
2
1caras6
vrtice
tomo
8
1vrtices8n:FCC
tomo1vrtice
tomo
8
1vrtices8n:CS
Po Au, Ag, Pb, Pt, Fe (910 - 1400 C), Fe, Li, K, Cr, V, W, Mo,
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
11
Estructura CS: los tomos se tocan a lo largo de la arista del cubo
Estructura FCC: los tomos se tocan a lo largo de la diagonal de la cara del cubo
Estructura BCC: los tomos se tocan a lo largo de la diagonal del cubo
Cbica simple
(CS)
Cbica centrada en las caras
(FCC)
Cbica centrada en el
cuerpo (BCC)
atmicoradiorr2a0
2
r4a
0
3
r4a
0
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
12
Hexagonal compacta
(HCP)
tomos6tomos2
1bases2ernosinttomos 3
vrtice
tomo
6
1vrtices12n:HCP
0
0
a63.1c
mico radio at rr2a
Estructura HCP: los tomos se tocan a lo largo de la arista del hexgono
c
a0
Mg, Zn, Ti, Cd, Be, Co, Zr
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
13
Cbica del Diamante (DC)
Tipo Cloruro de Sodio
Tipo Blenda
Tipo Cloruro de Cesio
Diamante, Si, Ge, Sn GaAs, ZnS, TiC, ZrC, VN
NaCl, MgO, LiF, KCl, CsCl, RbCl, AlNi, CuZn,
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
14
Cada material escoge aquella estructura que proporciona la menor energa (suele ser pequea la diferencia de energa entre estructuras alternativas)
3.6 ALOTROPA Y POLIMORFISMO
Alotropa
MetalEstructura cristalina a
temperatura ambienteA otras temperaturas
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
15
Peste del estao
Cambio de Sn blanco (Sn-b, tetragonal), habitual a
temperatura ambiente, a Sn gris frgil (Sn-a, cbico), que
aparece a temperaturas inferiores a 14,2 C con tiempos
prolongados de exposicin
Caso 1: Campaa de Napolen en Rusia, 1812
Estado inicial
Exposicin durante 1.5 aos
Exposicin durante 1.8 aos
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
16
Caso 2: Expedicin del capitn Scott al Polo Sur, 1912
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
17
Polimorfismo
cuarzo a
tridimita b
cristobalita b
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
18
Los ndices de Miller representan una notacin cristalogrfica que permite
describir cualquier plano o direccin espacial por un conjunto de tres nmeros
3.6 NDICES DE MILLER
PUNTOS DE LA RED
Cada punto de la red se define mediante tres ndices que denotan sus coordenadas
cartesianas (x, y, z) en el espacio, con respecto de un origen arbitrario.
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
19
DIRECCIONES DE LA RED
Las direcciones son vectores que conectan dos puntos de red en un sentido preestablecido.
Los ndices de una direccin vienen dados por la diferencia de las coordenadas de los puntos,
reducidas a los menores enteros en la misma proporcin.
Direcciones: [u v w]
Familia de direcciones
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
20
PLANOS DE LA RED
Los planos cristalogrficos tambin se pueden identificar por tres ndices de Miller.
Mtodo:
i. Expresar los cortes del plano con los ejes en unidades de los parmetros de red de la celda unidad
ii. Calcular los inversos de estos valores
iii. Reducir los inversos a los menores enteros en la misma proporcin.
Planos: (h k l)
Familia de planos {h k l}
Estas reglas dejan de ser vlidas para cualquier plano que pase por el origen de coordenadas
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
21
Ejemplos
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
22
La mayora de los slidos cristalinos son el conjunto de muchos cristales pequeos o granos.
Slido monocristalino
3.7 SLIDOS POLICRISTALINOS
Slido policristalino
El contacto entre granos supone un defecto en
el ordenamiento espacial conocido como lmite o
borde de grano.
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
23
3.8 ESTRUCTURA DE POLMEROS
Polmeros: macromolculas de cadena larga. Los tomos que
forman el esqueleto estn ligados por enlaces covalentes
Carbono
Hidrgeno
Cloro
Disposicin de cadenas:
Aleatoria (amorfa) Estructura mixta (grado de cristalinidad)
(b)
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
24
Los materiales con estructura atmica o molecular muy compleja, difcilmente se puede
ordenar en cristales, dando origen a estructuras amorfas, sin ningn orden, que, normalmente,
son istropas
3.9 ESTRUCTURA DE VIDRIOS
SiO2 cristalinaSiO2 amorfa
Enfriamiento rpido formacin de slido no cristalino (vidrio)
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
25
3.10 DENSIDAD DE LOS SLIDOS
Refleja la relacin entre la masa y el tamao de los tomos que integran el material, as como la
eficiencia con la cual estn empaquetados.
VN
Mn
V
mn
celdaladevolumen
celdala de masa
A
n: nmero de ocupacin de la celda
M: masa atmica del elemento correspondiente
NA: nmero de Avogadro (6.0231023 mol-1)
V: volumen de la celda (V=a3 si la celda es cbica, siendo a el parmetro de red)
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
26
Valores de Densidades
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
27
Datos de Densidades en diagrama de barras
-
Cie
nc
ia y
Te
cn
olo
ga
de
lo
s M
ate
ria
les
Tema III: Estructura Interna de los Materiales Leccin 3: Estructura Cristalina y Amorfa
28
3.11 ACTIVIDADES DE SEGUIMIENTO