estructuras (enlaces-ec) tec d materiales 2003-1

8/20/2019 ESTRUCTURAS (Enlaces-EC) Tec d Materiales 2003-1

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Tecnología deMateriales

TEMA 1: ESTRUCTURA(Enlaces-Estruc. cristalina)

ING. ANAHÍ SANTELIZ



2ANAHÍ SANTELIZ

Carac-terísticas

Estructura

Átomos

Elementos químicos

Materia

Para el desarrollo de nuevos materiales y su selección esnecesario comprender la estructura atómica



Estructura Atómica3ANAHÍ SANTELIZ



4ANAHÍ SANTELIZ

El átomo como un todo se considera eléctricamente neutro porque

la cantidad de protones = cantidad de electrones

Estructura Atómica

Es la masa de un mol de átomos del elemento.

La masa del átomo está mas que todo en el núcleo.

Peso o masaAtómica :

Un mol = 6,02x1023

átomos o moléculas (Nº de Avogadro)



ANAHÍ SANTELIZ 5

Número Atómico Cantidad de protones en el núcleo del átomo

.

Ejemplos:Un mol de átomos de Fe contiene 6,02x1023 átomos y tiene unamasa de 55,847g (peso atómico)

Un mol de átomos de C contiene 6,02x1023 átomos y tiene unamasa de 12,01g (peso atómico)



ANAHÍ SANTELIZ 6

Isótopos de un elemento químicoÁtomos con igual N° atómico y diferente peso atómico(por variación en la cantidad de neutrones del núcleo)

Isótopos del átomo de hidrógenoPeso atómico del elemento: promedio de los isotopos posibles



Configuración electrónica

7ANAHÍ SANTELIZ

Estructura atómica del sodio, N° atómico 11

La configuración electrónica de un átomo, describe como loselectrones están ordenados en los orbitales (niveles de energía) deun átomo

Configuración electrónica del sodio, N° atómico 11: 1s2 2s2 2p6 3s1



8ANAHÍ SANTELIZ

Valencia de un átomo: cantidad de electrones queparticipan en enlaces o reacciones químicas con otroselementos, suelen ser los que están en las capasexternas no llenas de un átomo.

Mg: 1s2 2s2 2p6 3s2 Valencia = 2Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 Valencia = 3

Electronegatividad: es la capacidad de un átomopara ganar los electrones de enlace.

Los átomos electronegativos tienen sus nivelesexternos de energía casi llenos y aceptan electronescon facilidad para llenar esos niveles.

Los átomos electropositivos (baja electronegatividad),tienen sus niveles externos de energía casi vacios yceden sus electrones con facilidad.



9ANAHÍ SANTELIZ



Electronegatividad10ANAHÍ SANTELIZ



TIPOS DE ENLACES ATÓMICOS

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Estructura cristalina: arreglo geométrico definido deátomos (sólidos verdaderos)

Importancia de los enlaces: La variación en las propiedades delos sólidos se debe al tipo de enlace que predomina en cada uno.



Enlace metálico Elementos metálicos (estructura cristalina). Por ser electropositivos, ceden sus electrones de valencia para

formar una nube de electrones (conductora de corriente eléctricay de calor) con libre movimiento, donde los electrones de valenciano están asociados a un núcleo en particular.

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Ión: átomo con igual número atómico y diferente carga eléctrica.anión: ión cargado negativamente.catión: ión de carga positiva.



Cada átomo al ceder sus electrones, forma un centro integrado

por el núcleo y los electrones internos, este centro es de carga

positiva porque cedió unos electrones, formando lo que se conocecomo catión.

ANAHÍ SANTELIZ 13

La unión metálica de los iones metálicos positivos se mantiene

debido a la atracción mutua con la nube electrónica (negativa).



El metal sometido a deformación plástica puede

comportarse de una manera dúctil porque un

grupo de iones positivos rompen su enlace en

una posición y se deslizan a una nueva

restableciendo sus enlaces, esto es gracias a que

los enlaces metálicos no son direccionales.

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15ANAHÍ SANTELIZ

Hay una distribución compartida de electrones de valencia entre doso más átomos.

Se forman entre átomos con poca diferencia de electronegatividad.

Enlace covalente

Átomo de Si: tiene valencia 4, le faltan 4 electrones más para llenar sucapa externa de energía, lo logra compartiendo 4 de sus electronescon otros 4 de átomos de Si cercanos.



16ANAHÍ SANTELIZ

No se forman iones

La fuerte atracción se da entre los núcleos positivos y

los electrones compartidos.

Debe existir una dirección específica (ciertos ángulos)

entre los enlaces, lo cual depende del material.

La ductilidad suele ser reducida por limitarse a ladirección de los enlaces.

La conductividad eléctrica en la mayoría no es alta

debido a que los electrones de valencia no están

disponibles, más bien están fijos en los enlaces con losátomos.



Entre elementos electropositivos (metálicos), los cuales ceden

sus electrones de valencia, y elementos electronegativos (no

metálicos), los cuales aceptan electrones, produciéndose así

una transferencia de electrones.

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Enlace iónico



18ANAHÍ SANTELIZ

Se genera una fuerte atracción electrostática entre los iones de

cargas opuestas

El compuesto que se forma tiene sus propias propiedades.El Na: metal altamente reactivo. El Cl: gas venenoso.

El compuesto NaCl (sal común) no es peligroso.

No es posible la conducción electrónica encontrada en los

metales.

Estos cristales tienden a romperse en vez de deformarse



Enlace Van Der Waals

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Un átomo neutro tiene su carga positiva (protones) en el núcleo y la

negativa (electrones) alrededor, pero al estar expuesto a un campoeléctrico interno o externo, se polariza



Débil atracción eléctrica ( átomos neutros = gases inertes).

No existen electrones de valencia para formar los enlacesen una estructura cristalina

La fuerza que se genera es producto de la polarización de

sus cargas eléctricas.

Las fuerzas de Van der Waals entre átomos y moléculas

tienen gran importancia para determinar la tensión

superficial y punto de ebullición de los líquidos.

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21ANAHÍ SANTELIZ



22ANAHÍ SANTELIZ

A los tres primeros se les llama enlaces primarios, estos son unionesrelativamente fuertes. Los enlaces de Van der Waals se conocencomo secundarios.

La energía de enlace es la energía mínima que se requiere paraformar o romper un enlace



Los materiales con enlaces de alta energía suelen tener

resistencia y temperatura de fusión altas. Mayormente, los materiales presentan una mezcla de dos o más

tipos de enlaces (Fe presenta enlaces metálicos y covalentes).

Los compuestos formados por dos o más metales pueden

presentar enlaces metálicos e iónicos, sobre todo cuando hay altadiferencia en sus electronegatividades.

Las combinaciones de elementos metálicos y no metálicos

(cerámicos y semiconductores) presentan enlaces iónicos y

covalentes

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ANAHÍ SANTELIZ 24



Energía Interatómica (interna)

ANAHÍ SANTELIZ 25

Eo= Energía de Enlace

Distancia Interatómica (ro): distancia entre los centrosde dos átomos en la condición de equilibrio



ESTRUCTURAS

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Solidificación



ESTRUCTURA CRISTALINA (EC)

ANAHÍ SANTELIZ 27

Arreglo geométrico de los átomos en estado sólido formando una

red regular y repetible (formación de cristales)

Monocristal: un solo cristal

Policristal: muchos cristales con

orientaciones distintas.

Cada cristal se conoce como grano ylos bordes entre los cristales, donde

estos se encuentran, son los límites

de grano.



28ANAHÍ SANTELIZ

Red espacial: es la red tridimensional delíneas imaginarias que conecta los átomoscon idénticos alrededores.

Celda unitaria de una EC: es la unidad más pequeña deátomos que tiene la simetría total del cristal y cuando se repiteforma la red cristalina.

Los átomos pueden representarsecomo un punto o más

exactamente como una esfera.

PARÁMETROS DE LA CELDAUNITARIA


http://slidepdf.com/reader/full/estructuras-enlaces-ec-tec-d-materiales-2003-1 29/44Redes de Bravais29ANAHÍ SANTELIZ



Sistemas Cristalinos

30ANAHÍ SANTELIZ



EC comunes

31ANAHÍ SANTELIZ

BCC (cúbica centrada cuerpo)

FCC(cúbica centrada caras)

HCP(hexagonal compacta).



BCC

32ANAHÍ SANTELIZ

a : Constante reticular

R ó r : Radio atómico

,



33ANAHÍ SANTELIZ

FCC

2/4 r a 222

4 aar



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35ANAHÍ SANTELIZ

HCP



ANAHÍ SANTELIZ 36



BCC

37ANAHÍ SANTELIZ

Átomos por celda unitaria:

2 átomos

N° de coordinación :

N°

de vecinos mas cercanosque posee un átomo en la red. 8



FCC

38ANAHÍ SANTELIZ

Átomos por celda unitaria: 4 átomos

N°

de coordinación : 12



39ANAHÍ SANTELIZ

¿Cuál EC es más densa o compacta?

Factor de empaquetamiento (F) :Fracción del volumen de cada celda que está ocupada por átomos

3

aV CELDA

33

3

16

3

44 r r V

ATOMOS

CELDA

ATOMOS

V

V F

FCC : 2/4 r a Y

74.0

2

4

3

16

3

3

r

r

V

V F

CELDA

ATOMOS



40ANAHÍ SANTELIZ

Demostrar que

BCC : 68.0 F



HCP (2 átomos/celda, N° Coord. 12)

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La verdadera celda unitaria essólo la porción mostrada conlíneas gruesas, por tanto el

prisma hexagonal contienedos celdas unitarias

completas y dos mitades



Propiedades de la estructura cristalinade algunos metales.

ANAHÍ SANTELIZ 42



Densidad teórica de un material.

43ANAHÍ SANTELIZ

Se basa en las propiedades de la EC del material. No contempla los defectos del material y se asumen átomos de

igual clase.

Determinar la densidad del hierro BCC, cuyo parámetro de red es0,2866nm



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