Material de clase (propiedad de Dr. Carlos Velasco)

1. ESTRUCTURA Y
PROPIEDADES DE
MATERIALES
INSTITUTO TECNOLOGICO DE
QUERETARO.
ENERO-JULIO 2017

2. Conceptos básicos
• Masa
Kg , g, lb
Kg= se define como la masa que tiene el prototipo
internacional, compuesto de una aleación de
platino e iridio, que se guarda en la Oficina
Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en
Sèvres, cerca de París (Francia).
454 gr = 1 lb

3. Medición
• Distancia
m, ft, in,
Metro= Un metro es la distancia que recorre la luz en el
vacío durante un intervalo de 1/299.792.458 segundos.
2.54 cm = 1in
30.48 cm = 1ft
Area = m2
Volumen = m3
1m3 = 1000 lt.
1ml = 1 cm3

4. • Temperatura
F = 1.8 C + 32
K = 273.15 + C
R = F + 460
•Tiempo:
1 seg
60 seg = 1min
60 min = 1 hr
Segundo= Hasta 1967 se definía
como la ochenta y seis mil
cuatrocientosava parte de la
duración que tuvo el día solar
medio entre los años 1750 y 1890
y, a partir de esa fecha, su
medición se hace tomando como
base el tiempo atómico.
Según la definición del Sistema
Internacional de Unidades:
Un segundo es la duración de
9 192 631 770 oscilaciones de
la radiación emitida en la
transición entre los dos niveles
hiperfinos del estado
fundamental del isótopo 133 del
átomo de cesio (133Cs), a una
temperatura de 0 K

5. Velocidad = d / t m/seg
Aceleración = d / t2 m/s2
Fuerza = m . a Kg m/s2 ……N
Energía = F . d N.m ……….J
Presión o Esfuerzo F/Area …… N/m2 = Pa
Potencia = E/ t ….J/s …..Watt

6. • Kilo 1x 103
• Mega 1x 106
• Giga 1x 109
• Tera 1x 1012
• mili 1x 10-3
• Micro 1x 10-6
• Nano 1x 10-9
• Pico 1x 10-12
Angstrom = 1x 10-10 metros
1x 10-8 centímetros
10 A = 1 nm
Longitud

7. TAREA
• Definición de Lb, ft, K, Celcius, F,
• Convertir
• 30 KN a Lbf
• 50 KJ a Lbf/ft
• 35 Pa a Lb/in2
• 23,000 Kg/cm2 a MPa
• 30 nm3 a ml
• 3.7 x 10-3 cm a micras, nanometros y Km
• 9.5 x 109 Pa a Psias

8. Clasificación de los Materiales
• Metales
• Cerámicos
• Polímeros
• Materiales Compuestos

9. MATERIALES

10. Estructura

12. Orden

13. PRIMER NIVEL DE
ESTRUCTURA

14. Metales
1. Cobre
2. Bronce
3. Latón
4. Hierro
moldeado
5. Acero
6. Aluminio
7. Titanio

15. Niveles de estructura en un metal.

16. Tamano de grano

17. Estructura cristalina

18. ESTRUCTURA ATOMICA
• NUMERO DE ELECTRONES EN LA CORAZA
• NUMERO DE ELECTRONES DE VALENCIA
• ENERGIA DE IONIZACION
• CARGA NUCLEAR EFECTIVA
• EFECTO PANTALLA
• ELECTRONEGATIVIDAD
• TIPO DE ENLACE

19. Elementos del bloque s
Li Be
Na Mg
K Ca
Rb Sr
Cs Ba

20. Elementos del bloque D
Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn
Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg

21. Metales Nobles
Ru Rh Pd Ag
Os Ir Pt Au

22. Elementos del Bloque p
B
Al
Ga
In Sn
Tl Pb Bi

24. METALES
1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 3s2

25. Enlace Metalico
• Pierden electrones de valencia
– Son donados libremente por los atomos
• Resultado=un mar de electrones donde todos los atomos contribuyen
– Los atomos son fijados en un solo lugar por que el mar ejerce su fuerza
en todas las direcciones.

26. Metales
• Alta conductividad
– El calor puede ser
transmitido por los
electrones
• Materiales con enlace
ionico y covalente en
estado solido son
normalmente
aislantes

27. Fuerza del enlace Metalico
• La fuerza del enlace metalico incrementa con:
– Numero de e de valencia
– Y decrementa con el tamano del atomo
• Fuerza de enlace Metalico: Al> Mg > Na
– Debido a la correspondencia que existe entre los
grupos y los e de valencia.
• Punto de fusion : Al > Mg > Na
• *Debido a la fuerza de enlace
• Metales de transicion=altos puntos de fusion.

28. Metal
Radio
metalico (nm)
Punto de
fusión (oC)
Litio 0.152 180
Sodio 0.186 98
Potasio 0.231 64
Rubidio 0.244 39
Cesio 0.262 29
Fuerza del enlace metalico
Si el número de e- de valencia es el mismo, el tamaño del metal
determina el enlace metalico

29. Tipo Substancia Energia (eV/atom) Temp fusion. (°C)
Ionico
NaCl 3.3 801
MgO 5.2 2800
Covalente
Si 4.7 1410
C 7.4 >3550
Metallico
Hg 0.7 -39
Al 3.4 660
Fe 4.2 1538
W 8.8 3410
van der Waals
Ar 0.08 -189
Cl2 0.32 -101
Hidrogeno NH3 0.36 -78
H20 0.52 0

30. TAREA 5.
• Ordenar los metales del grupo 2ª de acuerdo a
la fuerza de enlace. Verifique sus temperaturas
de fusión en la tabla periodica.
• Ordenar los metales del periodo 3 y 4 de los
grupos A de acuerdo a la fuerza de su enlace.
• Ordenar los siguientes elementos de acuerdo a
la fuerza de sus enlace.
Al, Na, Sr, B, Sn, Pb, Li, Cs

31. Estructura cristalina

32. Estructuras metalicas gigantes
• Los atomos en
cristales estan
arreglados en
modelos que
repiten un patrón
en todas las
direcciones dando
como resultado un
arreglo llamado red
cristalina.
 En estas estructuras los
atomos se arreglan en esta
forma :

33. Redes cristalinas

34. Redes de Metales

36. Sistema Long y
angulos
Redes Abreviatura A/U.C. N. De C.
Cubico a=b=c
===90
•Simple
•Centrada en el
cuerpo
•Centrada en las
caras
C.S. (cubica)
c.c. - b.c.c.
c.c.c - f.c.c.
1
2
4
6
8
12
Tetragonal a=b≠c
===90
•Simple
•Centrada en el
cuerpo
Tetra
btetra
1
2
2,4
2,4,8
Ortorrombica a≠b≠c
===90 
•Simple
•Centrada en el
cuerpo
•Centrada en las
bases.
•Centrada en las
caras
orto
borto
torto
forto
1
2
2
4
2
2
2
4

37. Romboedrica a=b=c
==≠90 
Romboedrica rombo 1 6
Hexagonal a=b≠c
==90 
=120
Simple
compacta
Hexa
HCP
3,4
2, 6
6…
12..
Monoclinica a≠b≠c
==90 
≠ 
Simple
Centrada en
la base
Mono
tmono
1
2
2
2,4
Triclinica a≠b≠c
 ≠ ≠  ≠
90 
Triclinico tric 1 2
Sistema Long y
angulos
Redes Abreviatur
a
A/U.C. N. De C.

38. Cúbica simple
Coinciden las esferas unas
encima de otras, siendo
todas del mismo
tamaño
Un solo parámetro = a
a = 2r
1 a/uc
6

39. Estructuras cristalinas de
Metales
• Tres principales
– (a) Body-centered cubic (BCC) cubica centrada en el
cuerpo CC
– (b) Face-centered cubic (FCC) cubica centrada en las
caras CCC
– (c) Hexagonal close-packed (HCP) Hexagonal HC

40. (BCC)

41. (FCC)

42. Hexagonal

43. B.C.C.
First layer
Second layer
Third layer

44. b.c.c.
First layer
Third layer
Second layer

45. U.C. b.c.c. c.c.
Red
Celda Unitaria (Puntos de Red)
Átomos por Unidad de Celda = 2

46. FCC CCC
• Se conoce como tipo
abc….abc…
• Cada atomo esta
rodeado de 12
atomos
• N.C. =12

47. U.C. f.c.c. / c.c.c.
Apilamiento
Simetria
Puntos de Red
Atomos por UC
Átomos por Unidad de Celda = 4

48. Celdas Cubicas

49. Parámetro de Red …radio FCC
a
b
b2=a2 + a2
b=4r
(4r)2 = 2 a2

50. Parámetro de Red …radio BCC
a
bc
Nota:
C= atraviesa el cubo por el átomo del centro
b2=a2 + a2
c=4r
c2=b2 + a2
c2=3a2
(4r)2 = 3 a2

51. FACTOR DE
EMPAQUETAMIENTO
F.E = VOLUMEN DE LOS ATOMOS/ VOLUMEN DE LA CELDA

52. EJERCICIO
• Calcular fe, para celda, cubica simple y
BCC.
• Determine la estructura cristalina de los
siguientes metales:

53. Red Hexagonal
• Conocida como abab…
• Cada atomo esta rodeado por 12 atomos
por lo tanto su N.C. es 12

54. Vista de agrupamiento
Abab…. tipo Abcabc…. tipo