Este documento describe la estructura de los materiales a nivel atómico. Explica que existen tres niveles de orden atómico y describe las 14 redes cristalinas agrupadas en 7 sistemas cristalinos. También cubre los parámetros de las estructuras cristalinas como el número de coordinación, número de átomos por celda y factor de empaquetamiento atómico. Finalmente, resume brevemente los materiales puros, aleaciones ferrosas y no ferrosas.
Descripcion de los principales ensayos para la caracterizacion de materiales. Se usa como ejemplo un copolimero ABS para describir los ensayos macánicos y termicos mas comunes.
Descripcion de los principales ensayos para la caracterizacion de materiales. Se usa como ejemplo un copolimero ABS para describir los ensayos macánicos y termicos mas comunes.
ACERTIJO DE CARRERA OLÍMPICA DE SUMA DE LABERINTOS. Por JAVIER SOLIS NOYOLAJAVIER SOLIS NOYOLA
El Mtro. JAVIER SOLIS NOYOLA, crea y desarrolla ACERTIJO: «CARRERA OLÍMPICA DE SUMA DE LABERINTOS». Esta actividad de aprendizaje lúdico que implica de cálculo aritmético y motricidad fina, promueve los pensamientos lógico y creativo; ya que contempla procesos mentales de: PERCEPCIÓN, ATENCIÓN, MEMORIA, IMAGINACIÓN, PERSPICACIA, LÓGICA LINGUISTICA, VISO-ESPACIAL, INFERENCIA, ETCÉTERA. Didácticamente, es una actividad de aprendizaje transversal que integra áreas de: Matemáticas, Neurociencias, Arte, Lenguaje y comunicación, etcétera.
Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3.pdfsandradianelly
Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestra y el maestro Fase 3Un libro sin recetas, para la maestr
1. Dr. Javier Zapiain Salinas | Propiedades de los materiales
UNIDAD II:
ESTRUCTURA DE LOS
MATERIALES
2. Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
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• Contenido • 2.1 Estructura cristalina y su
consecuencia en las propiedades
• 2.2 Materiales puros
• 2.3 Aleaciones ferrosas y no ferrosos
• 2.4 Materiales orgánicos e inorgánicos
• 2.5 Materiales Cerámicos
ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES
3. Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
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2.1 ESTRUCTURA CRISTALINA Y SU CONSECUENCIA
EN LAS PROPIEDADES
• El arreglo atómico juega un papel importante en la determinación
de la microestructura y en el comportamiento de un material
sólido.
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• El arreglo atómico en el aluminio proporciona buena ductilidad, en
tanto que en el hierro es la causa de una buena resistencia. Los
transductores cerámicos capaces de detectar tumores en el
cuerpo humano se basan en un arreglo atómico que produce un
desplazamiento permanente de las cargas eléctricas dentro del
material. Debido a distintos arreglos atómicos, se puede deformar
fácilmente el polietileno, se puede estirar elásticamente el hule, y
la epóxica resulta fuerte y quebradiza.
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• Si no se consideran las imperfecciones que aparecen en los
materiales, entonces existen tres niveles de arreglo atómico, Sin
orden, Orden de corto alcance y Orden de largo alcance,
Ejemplos:
a) Los gases inertes no tienen un orden regular en sus átomos.
b) Algunos materiales, incluyendo el vapor de agua y el vidrio,
tienen orden en una distancia muy corta (atracciones
electrostáticas).
c) Los metales y muchos otros sólidos tienen un orden regular de
los átomos que se extiende por todo del material.
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a) gases
b) Vapor de agua
y vidrio
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c) fierro (metal) y cloruro de sodio (cerámica)
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• Sin orden. En gases como el argón, los átomos no tienen orden y
llenan de manera aleatoria el espacio en el cual está confinado el
gas.
• Orden de corto alcance. Un material muestra orden de corto
alcance si el arreglo especial de los átomos se extiende sólo a los
vecinos más cercanos de dicho átomo.
• Orden de largo alcance. El arreglo atómico especial se extiende
por todo el material. Los átomos forman un patrón repetitivo,
regular, en forma de rejilla o de red.
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• La red es un conjunto de puntos, conocidos como puntos de red,
que están organizados siguiendo un patrón periódico de forma que
el entorno de cada punto en la red es idéntico. Uno o más átomos
quedan asociados a cada punto de la red.
• La red difiere de un material a otro tanto en tamaño como en forma,
dependiendo del tamaño de los átomos y del tipo de enlace entre
ellos. La estructura cristalina de un material se refiere al tamaño, la
forma y la organización atómica dentro de la red.
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CELDAS UNITARIAS
• La celda unitaria es la subdivisión de la red cristalina que sigue
conservando las características generales de toda la red. En la
figura se muestra una celda unitaria en una red. Al apilar celdas
unitarias idénticas, se puede construir toda la red.
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• Una red es un arreglo periódico de
puntos que definen un espacio. La
celda unitaria (contorno grueso) es
una subdivisión de la red que sigue
conservando las características de la
red.
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REDES CRISTALINAS
• Se identifican 14 tipos de celdas unitarias o redes de Bravais
agrupadas en siete sistemas cristalinos. Los puntos de la red
están localizados en las esquinas de las celdas unitarias y, en
algunos casos, en cualquiera de las caras o en el centro de la
celda unitaria. Existen cuatro tipos básicos de celdas unitarias: 1)
sencilla, 2) centrada en el cuerpo, 3) centrada en las caras y 4)
centrada en las bases.
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b
a
c
a
b
g
Nomenclatura de
referencia para
una celda unitaria
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Sistema
cristalino
Longitudes axiales y ángulos interaxiales Redes espaciales
Cúbico Tres ejes iguales en ángulos rectos.
a = b = c (longitudes axiales)
a = b = g = 90° (ángulos interaxiales)
Cubico sencillo (SC)
Cúbico centrado en el cuerpo (BCC)
Cúbico centrado en las caras (FCC)
Tetragonal Tres ejes en ángulos rectos, dos iguales.
a = b ≠ c
a = b = g = 90°
Tetragonal sencillo
Tetragonal centrado en el cuerpo
Ortorrómbico Tres ejes distintos en ángulos rectos
a = b ≠ c
a = b = g = 90°
Ortorrómbico simple
Ortorrómbico centrado en el cuerpo
Ortorrómbico centrado en las bases
Ortorrómbico centrado en las caras
Romboédrico Tres ejes iguales , inclinados por igual
a = b = c
a = b = g ≠ 90°
Romboédricos sencillos
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
Sistema
cristalino
Longitudes axiales y ángulos interaxiales Redes espaciales
Hexagonal Dos ejes iguales a 120° y un tercero en ángulo recto
a = b ≠ c
a = b = 90° y g = 120°
Hexagonal sencillo
Monoclínico Tres ejes distintos, dos de ellos no forman ángulo recto
a ≠ b ≠ c
a = g = 90°≠ b
Monoclínico sencillo
Monoclínico centrado en las bases
Triclínico Tres ejes distintos desiguales con distinta inclinación y
ninguno en ángulo recto
a ≠ b ≠ c
a ≠ b ≠ g ≠ 90°
Triclínico sencillo
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Cúbica simple
(SC)
Cúbica centrada en el cuerpo
(BCC)
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Cúbica centrada en las caras
(FCC)
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Tetragonal simple Tetragonal centrada en el cuerpo
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Ortorrómbica simple Ortorrómbicacentrada en el cuerpo
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Ortorrómbica centrada en las bases Ortorrómbica centrada en las caras
21. Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
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Romboédrica Hexagonal
22. Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
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Monoclínica simple Monoclínica centrada en las bases
23. Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
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Triclínica
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2.2 MATERIALES PUROS (METALES)
2.3 ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSOS
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
• La mayoría de los metales puros (aproximadamente 90%)
cristalizan al solidificar en tres estructuras cristalinas compactas:
cúbica centrada en el cuerpo (BBC), cúbica centrada en las
caras (FCC) y hexagonal compacta (HCP). La estructura HCP
es una modificación más densa de la estructura cristalina
hexagonal simple.
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• La mayoría de los metales
cristalizan en estas estructuras
empacadas densamente porque la
energía disminuye a medida que los
átomos se acercan y se enlazan
entre sí. De este modo, las
estructuras más compactas
corresponden a ordenamientos de
niveles energéticos menores y más
estables.
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PARÁMETROS DE LAS ESTRUCTURAS:
• Numero de coordinación. Se define como el numero de vecinos
más próximos de un átomo en una celda.
• Numero de átomos por celda. Se determina según el tipo de
celda considerando sólo el volumen de la esfera dentro de la
celda.
• Factor de empaquetamiento atómico. Es la fracción de
volumen en una celda unidad que esta ocupada por átomos. Este
factor es adimensional y siempre menor que la unidad.
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• Factor de empaquetamiento atómico. Para propósitos
prácticos, el APF de una celda unidad es determinado asumiendo
que los átomos son esferas rígidas.
• Para cristales de un componente el APF se representa
matemáticamente por:
𝐴𝑃𝐹 =
𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠 ∗ 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 á𝑡𝑜𝑚𝑜
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑒𝑙𝑑𝑎
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• En el blog de materia se
encuentra un documento sobre
los principales parámetros de la
red para las distintas estructuras
cristalinas BCC, FCC y HCP
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ESTRUCTURA CRISTALINA CÚBICA CENTRADA EN EL
CUERPO (BCC)
• En esta celda unitaria se observa que el átomo central está
rodeado por ochos vecinos más próximos y se dice que tiene un
número de coordinación de 8.
Cubica centrada en el cuerpo (BCC)
N de coord = 8
1
2
4
3
65
8
7
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• Si se aísla una sola celda unitaria
como esfera sólida, se obtiene el
modelo mostrado en la figura. Cada
una de estas celdas tiene el
equivalente a dos átomos por celda
unitaria. Un átomo entero se encuentra
en el centro de la celda unitaria y un
octavo de esfera se encuentra en cada
vértice de la celda, lo que equivale a
otro átomo. Cubica centrada en el cuerpo (BCC)
N de átomos por celda = 2
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• En la celda unitaria BCC los átomos de cada vértice entran en
contacto entre sí a lo largo de la diagonal del cubo, como se
muestra en la figura, de tal suerte que la relación entre la arista
del cubo a y el radio atómico R es
3𝑎 = 4𝑅 𝑜 𝑎 =
4𝑅
3
a
4r
a2
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Metales con BCC a 25 C
El Be, Ca Sr, Ti, Zr, Hf, Mn y Tl presentan
cambios en su estructura dependiendo
de la temperatura
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EJEMPLO 1
• El hierro a 20°C es BCC con átomos con un radio atómico de
0.124 nm. Calcule la constante de red a para el vértice del cubo
de la celda unitaria de hierro.
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EJEMPLO 2
• Calcule el factor de empaquetamiento atómico (APF) para la
celda unitaria BCC, considerando a los átomos como esferas
rígidas.
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ESTRUCTURA CRISTALINA CÚBICA CENTRADA EN LAS
CARAS (FCC)
• Considérese ahora la representación
mediante puntos de la celda unitaria FCC
de la figura En esta celda unitaria hay un
átomo en cada vértice del cubo y uno en
el centro de cada cara. Cada átomo es
vecino de 12 átomos más.
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• La celda unitaria FCC tal como se muestra en
la figura tiene un equivalente de cuatro
átomos por celda unitaria. Los ocho octavos
de los vértices cuentan como un átomo ( 8 × =
1), y los seis medios átomos que están sobre
las caras del cubo contribuyen con otros tres
átomos, que dan un total de cuatro átomos
por celda unitaria.
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• El modelo de esferas rígidas de la
figura indica que los átomos de la
estructura cristalina FCC están
empacados tan juntos como es
posible. El factor de
empaquetamiento para esta
estructura compacta es de 0.74
2𝑎 = 4𝑅 𝑜 𝑎 =
4𝑅
2
a
4r
a
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Metales con FCC a 25 C
El Fe y el Co presentan cambios en su
estructura dependiendo de la temperatura
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ESTRUCTURA CRISTALINA HEXAGONAL COMPACTA (HCP)
• Los metales no cristalizan en la estructura
hexagonal sencilla porque el APF es
demasiado bajo. El APF de la hexagonal
compacta es 0.74 ya que los átomos están
empaquetados de un modo lo más cercano
posible. Cada átomo esta rodeado de otros
12 átomos y por tanto su número de
coordinación es 12.
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ESTRUCTURA CRISTALINA HEXAGONAL COMPACTA (HCP)
• La celda HCP posee 6 átomos, tres forman un
triángulo en la capa intermedia, existen 6*1/6
secciones de átomos localizados en las capas de
arriba y de abajo, haciendo un equivalente a 2
átomos más, finalmente existen 2 mitades de
átomo en el centro de ambas capas superior e
inferior, haciendo el equivalente de un átomo
más.
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Metales con HCP a 25 C
El Sr presentan cambios en su estructura
dependiendo de la temperatura
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TRANSFORMACIONES ALOTRÓPICAS O
POLIMÓRFICAS
• Los materiales que pueden tener más de una estructura cristalina
se llaman alotrópicos o poIimórficos.
• El término alotropía por lo general se reserva para este
comportamiento en elementos puros, en tanto que el polimorfismo
es un término más general. Quizás hayas notado que el hierro y
el titanio tienen más de una estructura cristalina.
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• A bajas temperaturas, el hierro tiene una estructura FCC, pero
a temperaturas más altas se convierte en una estructura BCC.
Estas transformaciones dan los fundamentos para el
tratamiento térmico del acero y del titanio.
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POSICIONES DEL ÁTOMO EN CELDAS UNITARIAS
CÚBICAS
• Para situar las posiciones atómicas en las celdas unitarias cúbicas se
utilizan los ejes cartesianos x, y y z. En cristalografía, la zona positiva
del eje x es generalmente la situada hacia afuera del papel, la zona
positiva del eje y es la situada hacia la derecha del papel, y la zona
positiva del eje z es la situada hacia arriba del papel.
• Las zonas negativas son las opuestas a las que se han descrito.
• Las posiciones de los átomos en la celda unitaria se localizan
mediante distancias unitarias a lo largo de los ejes x, y y z, como se
indica en la figura
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
• Por ejemplo, las coordenadas de
posición para los átomos en la
celda unitaria BCC se muestran
en la figura. Las posiciones
atómicas para los átomos
situados en los vértices de la
celda unitaria BCC, son
• (0, 0, 0) (1, 0, 0) (0, 1, 0) (0, 0, 1)
• (1, 1, 1) (1, 1, 0) (1, 0, 1) (0, 1, 1)
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• Los elementos con mayor carácter metálico en su enlace poseen:
• Numero de coordinación = 12
• Numero de átomos por celda = 4
• Factor de empaquetamiento atómico = 74%
Es decir estructuras
FCC
Difractograma de R-X del
Au
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2.5 CRISTALES IÓNICOS (CERÁMICAS)
• Muchos materiales cerámicos contienen enlaces iónicos entre
aniones y cationes. Estos materiales iónicos deben tener
estructuras cristalinas que aseguren la neutralidad eléctrica,
permitiendo, sin embargo, que iones de tamaño distinto se
empaquen con eficiencia.
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• Neutralidad eléctrica:
• Si las cargas en el anión y en el catión son idénticas, el compuesto
cerámico tiene la fórmula AC y el número de coordinación para
cada ion debe ser el mismo, si se desea asegurar el equilibrio
correcto de la carga.
• Sin embargo, si la valencia del catión es +2 y la del anión -1,
entonces deberán estar dos veces más aniones, y la fórmula será
de la forma AC2. La estructura del compuesto AC2 debe asegurar
que el número de coordinación del catión, sea el doble del número
de coordinación del anión.
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• Radios iónicos. Las estructuras cristalinas de los compuestos
iónicamente enlazados. a menudo pueden describirse colocando los
cationes en los puntos normales de red de una celda unitaria. La
relación de tamaño de los radios iónicos de anión y catión influye la
forma de empaquetamiento y el número de coordinación.
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
• Se ha determinado una relación de radios para los distintos
números de coordinación:.
Número de
coordinación
rC/rA Geometría de coordinación
2 0.000 – 0.155 Lineal
3 1.155 – 0.225 Centro del triangulo
4 0.225 – 0.414 Centro del tetraedro
6 0.414 – 0.732 Centro de octaedro
8 0.732 – 1.000 Centro del cubo
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
EJEMPLO.
• Considere el compuesto CsCl, cloruro de cesio, determine el
numero de coordinación correspondiente y la geometría del
compuesto.
• Considere los radios ionicos del cesio y del cloro como 0.167 nm
y 0.181 nm, respectivamente.
54. Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
ESTRUCTURA CRISTALINA TIPO CLORURO DE CESIO
• Cl-: empaquetamiento CS
• Cs+: centro del cubo.
• I.C. = 8
• 1 Cl- y 1 Cs+ por celda unitaria.
Cerámicas que adoptan este tipo
estructural: CsBr, TlCl, TlBr,
aleaciones CuZn, AlNi
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
EJEMPLO.
• Considere el compuesto NaCl, cloruro de sodio, determine el
numero de coordinación correspondiente y la geometría del
compuesto.
• Considere los radios ionicos del sodio y del cloro como 0.097 nm
y 0.181 nm, respectivamente.
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
ESTRUCTURA CRISTALINA TIPO CLORURO DE SODIO
• Cl-: Centro de octaedro
• Na+:Centro de octaedro
• I.C. = 6
• 4 Na+ y 4 Cl- por celda unitaria
Cerámicas que adoptan este tipo
estructural: haluros alcalinos (excp. Cs y
Tl), MgO, CaO, FeO, NiO
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
EJEMPLO.
• Considere el compuesto ZnS, sulfuro de zinc (blenda o blenda de
zinc), determine el numero de coordinación correspondiente y la
geometría del compuesto.
• Considere los radios ionicos del zinc y del azufre como 0.074 nm
y 0.184 nm, respectivamente.
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
ESTRUCTURA CRISTALINA TIPO SULFURO DE ZINC (BLENDA)
• S2-: empaquetamiento FCC
• Zn2+: centro del cubo.
• I.C. = 4
• 4 Zn2+ y 4 S2- por celda unitaria
Cerámicas que adoptan este tipo
estructural: CdS, HgS
Células solares: Fotoconductores
cerámicos
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
ESTRUCTURA CRISTALINA TIPO FLOURITA
• Ca2+: centro FCC.
• F-: empaquetamiento CS
• I.C. = 8 (Ca2)
• I.C. = 4 (F-)
• 4 Zn2+ y 4 S2- por celda unitaria
Cerámicas que adoptan este tipo
estructural: UO2, ThO2, CeO2
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
ESTRUCTURA CRISTALINA TIPO OXIDO DE TITANIO
• O2-: HC desordenada.
• Ti4+: Tetragonal centrado en el cuerpo.
• I.C. = 6 (Ti, octaedro distorsionado)
• I.C. = 3 (O, triángulo casi equilatero)
• 2 Ti2+ y 4 O2- por celda unitaria
Blanqueantes (Pinturas, plásticos, …):
No tóxicos
PbO2: muy tóxico
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
ESTRUCTURA TIPO PEROVSKITA
• Estructuras tipo ABO3, A y B son
metales (CaTiO3)
• Ca: Centro del cubo
• Ti: Centro de octaedro fijado en los
vértices del cubo
• O: Vértices del octaedro.
Cerámicas que adoptan este tipo
estructural: LMnO3, Na3AlF3, MgSiO2
Materiales piroelectricos y piezoelectricos
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ESTRUCTURA TIPO CORINDÓN
• Estructuras tipo M2O3, M es el metales (Al2O3)
• M: hexagonal compacta
• O: Tringular alternada entre las capas de la HCP
Cerámicas que adoptan este tipo
estructural: Cr2O3, Fe2O3
Materiales abrasivos, los gemas como el rubí, el
zafiro son corindones.
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
CORINDÓN
• En algunos materiales cerámicas, el corindón
puede estar mezclado con metales, generando
color en el material.
• Si existe cromo , a este se le conoce como rubí
• Si hay átomos de fiero y titanio se la llama zafiro.
• Además de los característicos colores azules
existen también zafiros fantasía tales como los
verdes y amarillos (debidos a la presencia de
Fe3+), amarillos (por centros de color), púrpuras y
violetas (con Fe2+, Ti4+ y Cr3+), rosas (con
pequeñas cantidades de Cr3+)
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
ESTRUCTURA TIPO ESPINELA
• Son óxidos de fórmula ideal AB2O4,
donde A es un catión divalente y B
es un catión trivalente. El óxido
MgAl2O4, la espinela, da nombre a
esta familia de compuestos.
• A: 1/8 de las posiciones tetraédricas
• B: 1/2 de las posiciones octaédrica.
• O: cúbico compacto
A, amarillo; B, blanco; O, rojo.
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La celda tiene iones A(II) en una disposición cúbica
centrada en las caras (en los vértices y en los
centros de las caras). Dentro de ese cubo se
encuentran ocho cubos mas pequeños; cuatro de
ellos constan de tetraedros AO4 y los otros cuatro
cubos tienen iones B(III) y O(-II) en los vértices,
formando unidades B4O4.
Estas unidades AO4 y B4O4 se distribuyen en la
celda de manera simétrica. En la siguiente figura,
para mayor claridad, se han representado solo la
mitad de los cubos.
A continuación se
muestran las unidades
B4O4 y AO4.
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
ESTRUCTURA TIPO GRAFITO
• El grafito es una de las formas alotrópicas en
las que se puede presentar el carbono junto
al diamante, los fulerenos, los nanotubos y
el grafeno.
• Tiene propiedades semiconductoras y
refractarias.
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
2.4 MATERIALES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS
• Los materiales con enlace covalente frecuentemente deben tener
estructuras complejas, a fin de satisfacer las restricciones
direccionales impuestas por el tipo de enlace.
• Estructura cúbica de diamante (CD). Elementos como el silicio, el
germanio y el carbono en su forma de diamante están unidos por
cuatro enlaces covalentes y producen un tetraedro. El número de
coordinación para cada átomo de silicio es solamente de cuatro,
en razón a la naturaleza del enlace covalente.
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DIAMANTE CÚBICO
• Como estos grupos tetraédricos están combinados, se puede
construir un cubo grande . Este cubo grande contiene ocho cubos
más pequeños del tamaño del cubo tetraédrico; sin embargo, sólo
cuatro de los cubos contienen tetraedros.
• El cubo grande es la celda unitaria cúbica de diamante, es decir
la celda unitaria CD. Los átomos de las esquinas de los cubos
tetraédricos proporcionan átomos en los puntos de red BCC
normales
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
• El cubo grande es la celda unitaria
cúbica de diamante, es decir la
celda unitaria CD. Los átomos de
las esquinas de los cubos
tetraédricos proporcionan átomos
en los puntos de red BCC normales.
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Propiedades de los Materiales Unidad II: Estructura de los Materiales
SÍLICE CRISTALINO .
• En algunas de sus formas, el sílice (es
decir, el Si04
-4) tiene una estructura
cerámica cristalina que es parte
covalente y parte iónica. La figura
muestra la estructura tetraédrica del
sílice.
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SÍLICE CRISTALINO .
• Las tres estructuras fundamentales de la sílice en función de la
temperatura son:
• Cuarzo (cuarzo alfa T < 573°C y cuarzo beta 573°C < T <
867°C)
• Tridimita (867°C < T < 1470°C)
• Cristobalita ( 1470°C < T < 1710°C)
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• La estructura de la sílice se basa a partir de la estructura cúbica
de diamante (CD). La estructura formada está enlazando cuatro
tetraedros de silicato dentro de la celda unitaria, produciendo una
estructura más abierta, en consecuencia la densidad de la sílice
en función de las estructuras presentadas serán menores en
comparación a los compuestos metálicos y iónicos.
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Cuarzo Cristobalita
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ESTRUCTURAS EN POLIMEROS.
• En los sólidos cristalinos, las moléculas se encuentran ordenadas
en las tres dimensiones. Esto es lo que se llama ordenamiento
periódico y lo pueden tener los sólidos cristalinos constituidos por
moléculas pequeñas. En el caso de los polímeros, las cadenas
son muy largas y fácilmente se enmarañan y a demás, en el
estado fundido se mueven en un medio muy viscoso, así que no
puede esperarse en ellos un orden tan perfecto, pero de todas
maneras, algunos polímeros exhiben ordenamiento parcial en
regiones llamadas cristalitos.
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• Una sola macromolécula no cabrá en uno de
esos cristalitos, así que se dobla sobre ella
misma y a demás puede extenderse a lo largo
de varios cristalitos.
• Se distinguen regiones de dos clases: las
cristalinas, en la que las cadenas dobladas
varias veces en zigzag están alineadas
formando las agrupaciones llamadas
cristalitos; y otras regiones amorfas, en la
que las cadenas se enmarañan en un
completo desorden.
Polímero amorfo
Polímero cristalino
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• La proporción o porcentaje de zonas
cristalinas puede ser muy alta, como en
el polietileno, en el nylon y en la
celulosa.
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• En esos casos puede considerarse que el material contiene una
sola fase, que es cristalina, aunque con muchos defectos.
• En otros polímeros, como el PVC, el grado de cristalinidad es
mucho menor y es más razonable considerarlo como sistemas de
dos fases, una ordenada, cristalina, embebida en una matriz
amorfa.
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• El grado de cristalinidad de los polímeros, que por su estructura
regular y por la flexibilidad de sus cadenas tienen mayor tendencia a
cristalizar, depende de las condiciones de la cristalización.
• Si el polímero cristaliza a partir del material fundido, habrá más
imperfecciones porque las cadenas se enredan y el medio es muy
viscoso, lo cual dificulta el ordenamiento de ellas.
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• En cambio, si el polímero cristaliza de una solución diluida, es
posible obtener cristales aislados, con estructuras bien definidas
como en el caso del polietileno, de donde se distinguen las llamadas
lamelas formada por cadenas dobladas muchas veces sobre sí
mismas.