Presentacion estructura 2013-II

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
ANTONIO JOSE DE SUCRE
VICERRECTORADO “LUIS CABALLERO MEJIAS”
NÚCLEO CHARALAVE

ESTRUCTURA DE LOS
MATERIALES
Ing. Beliana Gómez de Cabello

ESTRUCTURA DEL ÀTOMO
EL ÁTOMO es la unidad estructural básica de los
elementos. Consta esencialmente de tres partículas
sub-atómicas fundamentales
Neutrones (neutra)
Protones carga (+)

Núcleo

Electrones carga (-)


Modelo de Bohr
 El átomo es un pequeño

sistema solar con un núcleo
en el centro y electrones
moviéndose alrededor del
núcleo en orbitas circulares
bien definidas.
 Cada órbita tiene una
energía asociada siendo las
más cercanas al núcleo, las
de menor energía

Las deficiencias del modelo de Bohr fueron
suplidas por el modelo atómico de la mecánica
cuántica.
En este modelo el electrón presenta características
tanto de onda como de partícula. El electrón ya no
es considerado como una partícula que se mueve
en un orbital discreto.
Su posición pasa a ser considerada como la
probabilidad de encontrar un electrón en un lugar
próximo del núcleo.

Modelo de Schrödinger
 Se abandona la concepción de los

electrones como esferas diminutas con
carga que giran en torno al núcleo.
 Se describe a los electrones por medio de

una función de onda, el cuadrado de la
cual representa la probabilidad de
presencia en una región delimitada del
espacio. Esta zona de probabilidad se
conoce como orbital

Función de Onda

Al resolver la ecuación diferencial, se obtiene que la función Ψ
depende de una serie de parámetros, que se corresponden con los
números cuánticos, tal y como se han definido en el modelo de
Bohr


Orbitales s

FORMA CIRCULAR
S proviene de SHARP (Nítido)

Orbitales p

FORMA SEMICIRCULAR ACHATADA
P proviene de PRINCIPAL

Orbitales d

FORMA NODULAR CON ANILLO NODAL
D proviene de DIFUSE (Difuso)

El orden exacto de llenado de los orbitales se estableció
experimentalmente, mediante estudios espectroscópicos y
magnéticos, y es el orden que debemos seguir al asignar las
configuraciones electrónicas a los elementos.


Electrones de Valencia
Son los electrones que se encuentran en el
último nivel de energía del átomo, siendo
éstos los responsables de la interacción
entre átomos de distintas especies o entre
los átomos de una misma.


Enlace
Se define como la fuerza que mantiene juntos a
grupos de dos o más átomos y hace que
funcionen como unidad

Tipos de Enlace
 Enlace Iónico
 Enlace Covalente
 Enlace Metálico
 Enlace de Van der Waals


Enlace Iónico
 Unión de átomos que tiendan a ceder

electrones con facilidad (metales), con otros
que tiendan a aceptarlos fácilmente (no
metales)


CLORURO DE SODIO

FLUORURO DE LITIO


Enlace Covalente
 Compartición de electrones de valencia de

dos átomos adyacentes

METANO

109.5 º

AGUA

104.5 º

Enlace Metálico
Los electrones de valencia pasan a ser electrones
“libres”, que presentan la misma probabilidad de
asociarse a un gran número de átomos vecinos y
forman una nube electrónica .


Enlaces Secundarios
Son considerados como enlaces más débiles,
entre ellos se destacan:

Enlaces de Van der Waals
Es la fuerza atractiva o repulsiva entre moléculas
(o entre partes de una misma molécula) causada
por correlaciones en las polarizaciones fluctuantes
de partículas cercanas.


Fuerzas Dipolo - Dipolo
Cuando dos moléculas polares (dipolo) se
aproximan, se produce una atracción entre el
polo positivo de una de ellas y el negativo de la
otra


Fuerzas de Dispersión
En las moléculas no polares puede producirse
transitoriamente un desplazamiento relativo de los
electrones originando un polo positivo y otro
negativo (dipolo transitorio) que determinan una
atracción entre dichas moléculas


Puentes de Hidrógeno
Es una atracción que existe entre un átomo de
hidrógeno (carga positiva) con un átomo de Oxígeno,
Nitrógeno o un halógeno que posee un par de
electrones libres (carga negativa).


Niveles de Arreglo Atómico

Sin orden
• En los átomos de los
gases no existe
orden, los átomos
llenan
aleatoriamente el
espacio donde se
encuentra confinado
el gas.

Orden de Corto
Alcance

Orden de Largo
Alcance

• El arreglo espacial de
los átomos se
extiende sólo a los
vecinos más
cercanos de dicho
átomo.

• El arreglo atómico
espacial se extiende
por todo el material.
Los átomos forman
un patrón
repetitivo, regular, en
forma de red.


Según la distribución espacial de los átomos, moléculas o
iones, los materiales sólidos pueden ser clasificados en:
􀂄

Cristalinos

Compuestos por átomos, moléculas o iones organizados de
una forma periódica en tres dimensiones.
Las posiciones ocupadas siguen una ordenación que se
repite para grandes distancias atómicas (de largo alcance).
􀂄

Amorfos

Compuestos por átomos, moléculas o iones que no
presentan una ordenación de largo alcance.
Pueden presentar ordenación de corto alcance.


Estructura Cristalina
Es la forma geométrica como átomos, moléculas o iones se
encuentran espacialmente ordenados .
El menor grupo de átomos representativo de una determinada
estructura cristalina se denomina CELDA UNITARIA.


Parámetros de Red
 La longitud de las tres aristas del paralelepípedo
 Los tres ángulos entre las aristas.


Sistemas Cristalinos
 Aunque existen 14 posibles celdas

cristalinas, Existen siete combinaciones
diferentes en las cuales están agrupadas en
dependencia de los parámetros de red. Cada
una de esas combinaciones constituye un
sistema cristalino


Redes de Bravais
Una red de Bravais es
un arreglo infinito de
puntos discretos
(puntos de red) con
un ordenamiento y
orientación, que
parece exactamente
la misma, desde
cualquier punto de
observación.

Sistema Cúbico
a=b=c
 =  =  = 90°

SIMPLE
CENTRADA
EN EL CUERPO

CENTRADA
EN LAS CARAS

Sistema Tetragonal
a=bc
 =  =  = 90°

SIMPLE

CENTRADA
EN EL CUERPO

Sistema Ortorrómbico
a  b c
 =  =  = 90°
SIMPLE

CENTRADA
EN EL CUERPO
CENTRADA
EN LAS CARAS
CENTRADA
EN LAS BASES

Sistema Monoclínico
abc
 =  = 90°  

SIMPLE

CENTRADA
EN LAS BASES


Sistema Triclínico
abc


Sistema Romboédrico
a=b=c
 =  =   90°

Sistema Hexagonal
a=bc
 =  = 90°
 = 120°


Número de Átomos por Celda
Al contar el número de puntos de red que
corresponden a cada celda unitaria, se deben
identificar los puntos de red que van a ser
compartidos por más de una celda unitaria.


Número de Átomos por Celda
C. SIMPLE

C. CENTRADA EN LAS CARAS


Dirección Compacta
 Las direcciones en la celda unitaria a lo largo

de las cuales los átomos están en contacto
continuo. Es posible determinar
geométricamente la longitud de la
dirección, en función de los parámetros de
red y encontrar una relación entre éstos y los
radios atómicos


Dirección Compacta
BCC

FCC


Número de Coordinación
Número
de Coordinación

Relación de
Radios

6

0.4 – 0.7

4

0.2 – 0.4

3

0.1 – 0.2


Geometría

Factor de Empaquetamiento
Fracción volumétrica de celda unitaria ocupada por átomos

V átomos es el volumen de los átomos asumidos como esferas
V celda es el volumen de la celda según su geometría




n  Pa
Vc  Na

Densidad Teórica
La densidad teórica, es la
masa que ocupa una unidad
de volumen del material
calculada a partir de su
estructura cristalina.

n es el Número de átomos de la celda
Pa es el Peso Atómico del metal que constituye la celda
Vc es el Volumen de la Celda según su geometría
Na es el Número de Avogadro (6,02 x 1023 átomo/mol)


Coordenadas de un punto
en la Celda Unitaria


Dirección Cristalográfica
Una dirección cristalográfica está definida por un vector, el
cual está delimitado por dos puntos, para denotarla se
utilizan los INDICE S DE MILLER, que son números enteros
correspondientes a las tres direcciones cartesianas


Planos Cristalográficos
Corresponden a los diferentes planos de las celdas
unitarias que se estudian.
También se representan a través de los INDICES
DE MILLER


Determinación de
Difracción de Rayos x



Patrón de difracción de Rayos x
de Cristales de Aluminio

Patrón de difracción de Rayos x
de Aleacion de Aluminio Manganeso


Ley de Bragg

Si se hace incidir radiación de longitud de onda
(l) conocida y se hace un barrido del ángulo de
difracción (q) , se puede determinar el conjunto
de espaciamientos interplanares (d) característico
de la sustancia cristalina analizada, a través de lo
cual se pueden determinar su sistema cristalino y
red de Bravais.

Cada vez que el ángulo (q) es tal que se cumple la condición
de difracción dada por la ecuación de Bragg, se encuentra un
“pico” de difracción. (Difractograma del KI)

Los planos cristalinos son nombrados
asignándole a cada conjunto de planos tres
números conocidos como “índices de Miller”.
Estos son simbolizados con las letras hkl.
Para una celda cúbica:


Defectos en la
 Puntuales
 De línea

 Bidimensionales


Defectos Puntuales

VACANCIAS

DEFECTOS INTERSTICIALES


Defectos Puntuales

IMPUREZAS


Defectos Puntuales

FRENKEL

SCHOTTKY


Defectos de Línea
 Son defectos que dan lugar a una distorsión

de la red centrada en torno a una línea

DISLOCACION DE BORDE

DISLOCACION DE BORDE

DISLOCACION DE TORNILLO

Vector Burgers
Vector de la red cristalina que indica la
dirección y la magnitud del desplazamiento
que sufren los átomos de la red con el paso
de una dislocación


Defectos Bidimensionales


MACLAS

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