El documento describe la estructura de los materiales a diferentes niveles, desde la estructura atómica hasta la estructura cristalina. Explica que los átomos se unen mediante enlaces metálicos, covalentes, iónicos o de van der Waals para formar una estructura cristalina regular. La disposición atómica afecta las propiedades del material.

1. ESTRUCTURA DE LOS
MATERIALES
TEMA 1

2. Relación estructura-propiedades-
procesamiento
Para realizar su función un
componente debe tener la forma correcta.
Para esto se debe aprovechar la relación
entre la estructura interna del material, su
procesamiento y las propiedades finales
del mismo. Cuando se modifica alguno de
estos tres aspectos, cualquiera de los
restantes también cambian.

4. Estructura de un material
La estructura de un material se puede
considerar en diferentes niveles

5. Un átomo esta compuesto de un NUCLEO
rodeado por electrones. El núcleo contiene
neutrones y protones de carga positiva y tiene
una carga positiva neta.
Los electrones de
carga negativa, están
sujetos al núcleo por
atracción elelectrostatica.
En conjunto el átomo es
eléctricamente neutro.
Estructura atómica

6. Estructura electrónica del átomo
Los electrones ocupan niveles de
energía discontinuos dentro del átomo.
Cada electrón posee una energía en
particular; no existen mas de dos electrones
en cada átomo con una misma energía.
Esto implica que existe una diferencia de
energía discreta entre cualesquiera dos
niveles diferentes de energía.

7. Estructura del atómo
La disposición de los electrones que
rodean al núcleo de los átomos individuales
afecta el comportamiento eléctrico,
magnético, térmico y óptico. La
configuración electrónica influye en la forma
en que los átomos se unen entre si (enlaces
químicos)

8. ENLACE METALICO
Los elementos metálicos, que tienen
electronegatividad baja, ceden sus electrones
de valencia para formar un “mar” de electrones
que rodea a los átomos. Los electrones de
valencia se mueven libremente dentro del mar
de electrones. Los centros atómicos positivos
se mantienen unidos mediante la atracción
mutua con los electrones, produciendo un
enlace metálico.
Dado que los electrones no están fijos a
ninguna posición, los metales son buenos
conductores eléctricos.

9. ENLACE METALICO

10. ENLACE COVALENTE
Los materiales con enlace covalente
comparten electrones entre dos o mas átomos.
Los átomos en los enlaces covalentes tienen
una relación direccional fija entre ellos.
Los materiales covalentes tienen poca
ductilidad y mala conductividad eléctrica y
térmica. Para que se mueva un electrón, y
pueda transportar corriente, debe romperse el
enlace covalente.
Cerámicos, semiconductores y polímeros,
están unidos por enlces covalentes.

12. ENLACES DE VAN DER WAALS
Unen moléculas o grupos de átomos
mediante atracción electrostática débil.
Muchos plásticos, cerámicos, agua y otras
moléculas están polarizadas de manera
permanente. La atracción entre regiones
positivas y negativas (dipolos) une de manera
débil ambas moléculas. Cuando uno de los
dipolos es un átomo de hidrogeno, la atracción
se llama puente de hidrogeno.

13. ENLACES DE VAN DER WAALS

14. ENLACE IÓNICO
Se crea un enlace ionico entre dos
atomos distintos con electronegatividades
diferentes. Cuando un átomo cede electrones
queda con carga positiva y es un catión, el que
acepta los electrones adquiere carga negativa
y es un anión. Los iones de carga opuesta se
atraen el uno al otro y producen un enlace
iónico.

15. Estructura Cristalina
Es esta estructura se toma en
consideración la disposición o arreglo de los
átomos. Los metales, semiconductores,
muchos cerámicos y algunos polímeros
tienen una organización de átomos muy
regular, es decir, una estructura cristalina.
Se pueden controlar las imperfecciones en
la organización atómica a fin de producir
cambios profundos en las propiedades.

16. Estructura Granular
En la mayor parte de los metales, los
semiconductores y cerámicos se encuentra
una estructura granular. El tamaño y forma
de los granos influye en el comportamiento
del material.

17. Estructura Multifásica
En la mayor parte de los materiales se
presenta mas de una fase, teniendo cada
una de ellas su arreglo atómico y
propiedades únicas. El control del tipo,
tamaño, distribución y cantidad de estas
fases dentro del material es otra de las
principales formas de controlar las
propiedades.

18. Estructura cristalina y su
consecuencia en las propiedades
La estructura física de los materiales
de ingeniería tiene importancia en cuanto a
la disposición de los átomos, iones o
moléculas que constituyen el solido y de las
fuerzas de enlace entre ellos.
Si están ordenados en una disposición
que se repite en las tres dimensiones, se
dice que el solido posee ESTRUCTURA
CRISTALINA (metales, aleaciones y algunos
materiales cerámicos.

19. La disposición atómica en los solidos
cristalinos forma una red espacial donde
los átomos se encuentran en la intersección
de una red de líneas en tres dimensiones,
en otras palabras, es una disposición de
puntos tridimensionales infinita.

20. La celda unitaria es la
subdivisión de la red
cristalina que sigue
conservando las
características generales de
toda la red. Al apilar celdas
unitarias idénticas, se puede
construir toda 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.

21. REDES DE BRAVAIS
El tamaño y forma de las celdas unitarias
pueden describirse mediante tres vectores a, b
y c, con origen en un vértice de la misma, y tres
ángulos axiales ,  y  .
Dicho tamaño y forma esta definido
por las siguientes características:
Parámetros de red: dimensiones de los
costados y ángulos entre sus costados.
Numero de átomos por celda unitaria: cada
celda unitaria esta definida por un numero
especifico de puntos de red.

22. Todas las posibles redes cristalinas pueden
ser descritas con SIETE SISTEMAS
CRISTALINOS y 14 CELDAS UNITARIAS
ESTANDAR, conocidas como REDES DE
BRAVAIS

23. CLASIFICACION DE RETICULOS ESPACIALES
EN SISTEMAS CRISTALINOS
SISTEMA CRISTALINO
LONGITUDES AXIALES Y ANGULOS
INTERAXIALES
RETICULOS ESPACIALES
Cubico
Ejes iguales en ángulos rectos
a = b = c,  =  =  = 90 °
Cubico sencillo
Cubico centrado en el cuerpo
Cubico centrado en las caras
Tetragonal
Ejes en ángulos rectos, dos de ellos iguales
a = b  c,  =  =  = 90 °
Tetragonal sencillo
Tetragonal centrado en el cuerpo
Ortorrómbico
Ejes distintos en ángulos rectos
a  b  c,  =  =  = 90 °
Ortorrómbico sencillo
Ortorrómbico centrado en el cuerpo
Ortorrómbico centrado en las bases
Ortorrómbico centrado en las caras
Romboédrico
Ejes iguales, inclinados por igual
a = b = c,  =  =   90 °
Romboédrico sencillo
Hexagonal
Ejes iguales a 120 ° y a 90° con el tercero
a = b  c,  =  = 90 °,  = 120°
Hexagonal sencillo
Monoclínico
Ejes distintos, dos de ellos no forman
ángulo recto
a  b  c,  = = 90 °
Monoclínico sencillo
Monoclínico centrado en la base
Triclínico
Ejes distintos con distinta inclinación, y
ninguno en ángulo recto
a  b  c,       90 °
Triclínico sencillo

24. Cubico
Tetragonal

25. Ortorrómbico
Romboédrico Hexagonal Monoclínico

26. Triclínico

27. SISTEMA CRISTALINO
LONGITUDES AXIALES Y ANGULOS
INTERAXIALES
RETICULOS ESPACIALES
Tetragonal
Ejes en ángulos rectos, dos de ellos iguales
a = b  c,  =  =  = 90 °
Tetragonal sencillo
Tetragonal centrado en el cuerpo

28. CELDA UNITARIA CUBICA CENTRADA EN EL
CUERPO
De posiciones
atómicas
De esferas rígidas De unidad aislada