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Estructuras Cristalinas
Julio Alberto Aguilar Schafer
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Modelo del estado
líquido
los metales
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Modelo del paso del estado líquido al estado sólido de los metales
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Equilibrio líquido-vapor
Presión de vapor
Moléculas en estado vapor
Moléculas que pasan a vapor (se vaporizan)
Moléculas que pasan al líquido (se condensan)
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Propiedades de los líquidos
Comparación molecular entre sólidos y líquidos
GASES
-Desorden total
-Partículas tienen completa
libertad de movimiento.
-Partículas tienden a estar
alejadas entre si
- Forma y volumen
indeterminado.
LÍQUIDOS
-Menor desorden
-Partículas tienen
movimiento relativo entre si
-Partículas tienen mayor
cohesión (juntas)
- Forma determinada al
recipiente que los contiene
SÓLIDOS
-Orden
-Partículas fijas en una
posición determinada.
-Partículas unidas entre si
- Forma y volumen
determinado
Calentar
Enfriar
Calentar
o reducir
presión
Enfriar o
comprimir
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Difracción de rayos X
Patrón de difracción según orden
de la materia
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Difracción de rayos X Interacción de rayos X con un grupo de
átomo ordenado
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CARACTERÍSTICAS
METALES
1. CONDUCCIÓN TÉRMICA Y
ELÉCTRICA ELEVADA
2. RESISTENCIA MECÁNICA ALTA
3. GRAN PLASTICIDAD, DUCTILIDAD Y
TENACIDAD
4. MALEABILIDAD ELEVADA
5. CARÁCTER RECICLABLE
DERIVADAS DEL ENLACE METÁLICO
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ESTRUCTURA INTERNA
DE LOS METALES • REDES TRIDIMENSIONALES: ESTADO
CRISTALINO
• ENLACE METÁLICO:
1.FORMACIÓN DE UNA NUBE
ELECTRÓNICA
2.PERTENENCIA INCONCRETA DE LOS e-
A LOS ÁTOMOS
3.GRAN MOVILIDAD ELECTRÓNICA
4.ESTO JUSTIFICA LA ELEVADA
CONDUCTIVIDAD METÁLICA.
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ENLACE METÁLICO
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ESTADO CRISTALIN0: redes
tridimensionales compactas con máximo
aprovechamiento espacial.
CELDA UNIDAD: ejes y
ángulos cristalográfico
MISMA VECINDAD:
distancia permanente entre puntos
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ESTRUCTURA CRISTALINA
• REDES CRISTALINAS SIMPLES:
– Representan todas las posibles redes
puntuales de átomos situados en vértices.
– Sus celdas unidad son ‘CELDAS
PRIMITIVAS’
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REDES CRISTALINAS DE
BRAVAIS: 14 celdas unidad
CARACTERÍSTICAS: • Redes puntuales más complejas
• Cumplen la propiedad de misma vecindad.
• Sus celdas unidad:‘CELDAS NO PRIMITIVAS’
• La posición atómica en ‘no vértice’ da lugar: • Redes SENCILLAS
• Redes CENTRADAS EN EL CUERPO
• Redes CENTRADAS EN LAS CARAS.
• Redes CENTRADAS EN LA BASE.
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REDES DE BRAVAIS
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Sistemas cristalinos y redes de
Bravais
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SISTEMAS DE
CRISTALIZACIÓN DE LOS
METALES
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REDES CRISTALINAS METÁLICAS
LOS METALES CRISTALIZAN EN LAS
SIGUIENTES ESTRUCTURAS:
•RELACIONADO CON EL ESTADO DE MÍNIMA ENERGÍA
•HIPÓTESIS DE LAS ESFERAS RÍGIDAS
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Las celdas unitarias no actúan de forma
independiente, cada átomo en cada arista es
compartido por el átomo de las aristas de cada
celdas unitarias adyacente.
1/8x8=1
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Cubico centrado
en el cuerpo
Cubico centrado
en las caras
Exagonal
compacto
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Arriba, estructura cúbica centrada en el cuerpo.
Abajo, estructura cúbica-primitiva.
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Red cúbica centrada (BCC)
Nº de átomos: 2
Propiedades:
materiales
resistentes a
la deformación
Feα, Ti, W, Mo, Nb,
Ta, K, Na, V, Cr, Zr
F. empaq: 0,68
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Cúbico centrado en el cuerpo
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Red cúbica centrada en caras
(FCC)
Nº de átomos: 4
Propiedades: se
deforman mejor
que BCC
Feγ, Cu, Al, Au,
Ag, Pb, Ni, Pt
F. empaq: 0,74
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Red hexagonal compacta (HC)
Nº de átomos: 6
Propiedades: poco
deformables
Ti, Mg, Zn, Be, Co,
Zr, Cd
F. empaq: 0,74
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Ordenamiento de planos de átomos iguales
durante la solidificación de metales puros
Vista superior
Vista lateral
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Vista superior de átomos en metales puros
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Tabla periódica de los elementos químicos
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![Page 36: Estructuras Cristalinas - Bibliotecabiblio3.url.edu.gt/.../cmI/3-Estructuras_Cristalinas.pdf · 2013-08-08 · Sistemas cristalinos y redes de Bravais . SISTEMAS DE CRISTALIZACIÓN](https://reader030.vdocuments.co/reader030/viewer/2022021519/5ba375a209d3f280548b6b47/html5/thumbnails/36.jpg)
Estructuras de los metales
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Curva de distancia entre átomos en estructuras cristalinas
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FCC
BCC
HCP
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Planos de deslizamiento
48
12
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Ejemplo de una estructura cristalina
• Ordenamiento regular de átomos
• Distancia atomica 2X10
• Significa 20,000,000 de átomos en un
milimetro
-10
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Defectos puntuales
a) Substitución
b) Solución sólida intersticial
c) Vacancia
d) Difución intersticial
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DEFECTOS
DE LA
ESTRUCTURA
CRISTALINA • DEFECTOS TÉRMICOS: Dilatación térmica
por vibración.
• DEFECTOS ELECTRÓNICOS: Impurezas
atómicas.
•MATERIALES SEMICONDUCTORES
• DEFECTOS ATÓMICOS: Fallos en la
estructura cristalina
• PUNTUALES, LINEALES O SUPERFICIALES
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DEFECTOS ATÓMICOS
PUNTUALES
• ATÓMOS INSTERSTICIALES: Átomo en un
instersicio. Espontáneo. La concentración sube con T.
• LUGARES VACANTES: En los que no hay átomos
• ÁTOMO EXTRAÑOS: Átomos diferentes que se
sitúan en los puntos reticulares o en los huecos.
Espontáneo. La concentración sube con T.
CAUSAN LOS EFECTOS DE
DIFUSIÓN.
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Difusión de átomos en estructuras cristalinas
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Difusión de los átomos de
cobre en el níquel. Al final,
los átomos de cobre
están uniformemente
distribuidos en todo el
níquel.
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Mecanismos de difusión en los
materiales.
(A) Difusión por vacantes o por
sustitución de átomos,
(B) difusión intersticial,
(C) difusión intersticial desajustada,
(D) difusión por intercambio y en
círculo.
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Puesto que los átomos son forzados
o deformados al pasar entre otros
durante la difusión, se requiere una
energía alta. Esta cantidad es la
energía de activación Q.
Generalmente el átomo sustitucional
requiere mayor energía que el
intersticial. Normalmente se
necesita menos energía para forzar
un átomo intersticial
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La densidad de flujo durante la difusión se define
como el número de átomos que pasan a través de
un plano de área unitaria por unidad de tiempo.
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Ilustración del gradiente
de concentración.
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Difusión de los átomos en la
superficie de un material, lo que
representa la aplicación de la
segunda ley de Fick.
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El crecimiento de grano ocurre cuando los
átomos se difunden a través del límite
granular de un grano a otro.
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Coherencia. La figura superior representa una solución sólida
sobresaturada de átomos B (círculos oscuros) en una matriz
de átomos A (círculos claros). La figura inferior muestra una
partícula de precipitado coherente formada por la agrupación
de átomos B.
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Difusión de átomos
![Page 59: Estructuras Cristalinas - Bibliotecabiblio3.url.edu.gt/.../cmI/3-Estructuras_Cristalinas.pdf · 2013-08-08 · Sistemas cristalinos y redes de Bravais . SISTEMAS DE CRISTALIZACIÓN](https://reader030.vdocuments.co/reader030/viewer/2022021519/5ba375a209d3f280548b6b47/html5/thumbnails/59.jpg)
Defectos puntuales en la estructura
cristalina de un metal
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SOLUCIONES SÓLIDAS
TIPOS:
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Defectos de planos
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IMPERFECCIONES LINEALES: DISLOCACIONES
DISLOCACIÓN.- Imperfección lineal alrededor de la cual los átomos del
cristal están desalineados
DE ARISTA (borde, cuña, línea)
Semiplano de átomos cuya arista (borde) termina dentro del cristal.
HELICOIDAL
Apilación de planos en espiral a lo largo de la línea de dislocación.
MIXTAS De carácter doble: arista y helicoidal
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Dislocación de borde
Una dislocación de borde se crea en un cristal por la
intersección de un semiplano extra de átomos
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Formación de
una dislocación
helicoidal Dislocación de tornillo Dislocación mixta
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deformación de una
dislocación deformación de
una dislocación
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Dislocación mixta
Tienecomponentesdebordeydetornillo.
Lalíneadedislocaciónesunacurvaplana
Dislocación mixta: La dislocación de tornillo en la cara frontal del cristal
Cambia en forma gradual a dislocación de borde al lado del cristal