Instituto tecnológico de Ocotlán

Ensayo de conceptos de: “Estructura cristalina de los materiales”

Ingeniería Electromecánica segundo semestre grupo “A”

Integrantes del equipo:

Partida Ascencio Francisco N.C. 14630364

Guerrero González Luis Alfonso

Vidal Rubio Cesar Eduardo

Alejandro Godínez Sahagún

Norberto Zuñiga

Ocotlán Jalisco 16/Febrero/2015

Resumen

La distribución atómica en solido cristalinos puede describirse mediante una red espacial donde se especifiquen las posiciones atómicas por medio de una celdilla unidad que se repite y posee las propiedades del metal correspondiente. Existen siete sistemas cristalinos basado en la geometría de las longitudes axiales y ángulos interaxiales de la celdilla de unidad, como catorce sobretítulos basados en la distribución interna de esta.

En los metales las celdillas de unidad más común son: Cubica centrada en el cuerpo, cubica centrada en la cara y hexagonal compacta que es una variación compacta de la estructura hexagonal simple. En estos sistemas cristalinos las direcciones se indican por los índices de Miller enteros positivos o negativos, las familias de direcciones se indican por los índices, los planos cristalinos se indican por los inversos de las intersecciones axilaes del plano con la transformación de las acciones a los enteros proporcionales

Utilizando el modelo de la esfera rígida para los átomos, se puede calcular las densidades atómicas volumétricas, planar y linear en las celdillas de unidad los planos en los que los átomos están empaquetados tan juntos cómo es posible se denomina planos compactos. Los factores de empaquetamiento atómico para diferentes estructuras cristalinas pueden determinarse a partir del modelo atómico de esferas rígidas, algunos tienen diferentes estructuras cristalinas a diferentes rangos de presión y temperatura esto se le denomina alotropía

Las estructuras cristalinas pueden determinarse a partir de un análisis de difracción de rayos X utilizando disfractómetros por el método de muestra en polvo. Los rayos X son difractados por los cristales cuando se cumplen las condiciones de las leyes de bragg.

Índice del resumen

Tema: “Estructura cristalina de los materiales”

Portada………………………………………………………………………. 1

Resumen………………………………………………………………………2

Índice………………………………………………………………………….3

Introducción…………………………………………………………………..4

Objetivos de la investigación y metodología empleada….............................5

Desarrollo del documento…………………………………………………....6

Estructura y arreglo cristalino. .……………….…........................................6

Estructura y arreglo no cristalina………………………………………..…9

Conclusiones………………………………………………………………...10

Fuentes documentales……………………………………............................11

Introducción

La estructura cristalina es la forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan

los átomos, moléculas, o iones. Estos son empaquetados de manera ordenada y con

patrones de repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio.

La cristalografía es el estudio científico de los cristales y su formación.

El estado cristalino de la materia es el de mayor orden, es decir, donde las correlaciones

internas son mayores. Esto se refleja en sus propiedades antrópicas y discontinuas. Suelen

aparecer como entidades puras, homogéneas y con formas geométricas definidas (hábito)

cuando están bien formados. No obstante, su morfología externa no es suficiente para

evaluar la denominada cristalinidad de un material.

Si nos fijamos con detenimiento, en estos gráficos existe siempre una fracción de los

mismos que se repite. Asimismo, los cristales, átomos, iones o moléculas se empaquetan y

dan lugar a motivos que se repiten del orden de 1 Angstrom = 10-8 cm; a esta repetitividad,

en tres dimensiones, la denominamos red cristalina. El conjunto que se repite,

por translación ordenada, genera toda la red (todo el cristal) y la denominamos unidad

elemental o celda unidad.

Dentro del universo de los materiales los metales ocupan un lugar preponderante, en

nuestra región la metal-mecánica es una de las más vigorosas y de mayor importancia.

En el presente trabajo de investigación se da a conocer sobre la importancia de las

estructuras cristalinas de los metales, cuyo propósito es discutir la estructura cristalina de

ellos y las diferentes formas que puedan adoptar y ver como ésta determina algunas de sus

propiedades más relevantes.

Objetivos de la investigación

Objetivo general

• Dar a conocer la importancia de las estructura cristalina de los metales.

Objetivos Específicos

• Que el alumno conozca la estructura hexagonal compacta.

• identificar cuáles son los elementos metálicos que cristalizan esta estructura.

• Conocer y analizar las diferentes estructuras cristalinas y la difusión o movimiento de los

átomos para entender el comportamiento de los diferentes materiales.

Marco teórico

Los Metales tienen diferentes elementos sus tamaños atómicos se miden en unidades de

angstrom forman estructuras tridimensionales .Las dislocaciones son los responsables de la

ductilidad de los metales. La cristalización es el crecimiento de los cristales inicia en el

centro de la cristalización del metal líquido. Algunos de los metales sufren cambios en su

estructura a diferentes temperaturas.

En la estructura hexagonal compacta cada átomo está rodeado, por doce átomos y estos

están en contacto según los lados del hexágono. Los metales que cristalizan de forma

hexagonal son.: Titanio, Magnesio, Cinc, Berilio, Cobalto, Circonio y cadmio.

Los metales Cinc y Cadmio poseen una relación más alta que lo ideal lo que indica que los

átomos en esta estructura están alongado a lo largo del eje en la celda de unidad. Sin

embargo el Titanio, Berilio, Magnesio y Circonio tienen relaciones menores que lo ideal en

estos metales los átomos se comprimen a lo largo del eje.

Desarrollo del documento

Estructura y arreglo cristalino y no cristalino.

1.1 Estructura y arreglo no cristalino.

Los átomos y las moléculas son elementos de construcción de la materia cuya estructura

macroscópica estudiamos. Cuando los materiales en estado líquido se solidifican tienden a

cerrar filas y a compactarse estrechamente adoptando en muchos casos una estructura muy

ordenada y en otras no tan ordenadas se pueden distinguir 2 estructuras fundamentales de la

materia cristalina y no cristalina.

Cuando pasan del estado líquido a el estado sólido muchas sustancias forman cristales esta

es una característica de todos los metales así como de materiales cerámicos y de polímeros

En una estructura cristalina los átomos toman posiciones irregulares recurrentes en tres

dimensiones el patrón puede repetirse millones de veces dentro de un cristal dado.

La estructura puede visualizarse como una celda unitaria la cual constituye al agrupamiento

geométrico básico del átomo que se repite indefinidamente.

1.1.2 Tipos de estructuras cristalinas.

Son tres estructuras de retículas cristalinas entre los metales cubica centrada en el cuerpo,

cubica centrada en la cara y hexagonal compacta, debe tomarse en cuanta que los metales

sufren cambios a su estructura debido a los cambios de temperatura cuando un metal

cambia su estructura de esta manera se le llama cambio alotrópico.

1.1.3 Estructura y arreglo no cristalina

Muchos materiales como los líquidos y los gases no son cristalinos no tienen estructura cristalina, los metales pierden su estructura cristalina al fundirse. Algunos materiales tienen estado sólido y formas no cristalinas el término amorfo se usa para describir estos materiales. Aunque los metales pueden ser más amorfos que cristalinos si la velocidad de enfriamiento en el cambio de líquido a solido es lo suficientemente rápido para inhibir el arreglo de los átomos por si solos sus patrones cristalinos

Características de los materiales no cristalinos: ausencia de orden de largo alcance en la estructura molecular de material no cristalino, diferencia en las características de fusión y expansión térmica

Esta diferencia es evidente cuando se funde un metal, para empezar el apilado más holgado del átomo en el metal fundido para hacer un incremento de volumen comparado con el estado sólido cristalino del material.

Un metal experimenta un aumento de volumen cuando pasa del estado sólido al estado líquido, experimenta un aumento de volumen cuando pasa del estado sólido al estado líquido en un cambio volumétrico que ocurre más abruptamente a una temperatura constante estos cambios graduales se caracterizan como la expansión térmica de los metales

en cambio el volumen es una función de la temperatura el cual es diferente entre el estado líquido y el estado solido

Un metal amorfo tiene comportamientos muy diferentes a un metal puro cuando cambia de solido a líquido y viceversa el proceso es reversible obsérvese el comportamiento del material cuando se enfría de líquido a solido

La diferencia entre materiales cristalinos y nos cristalinos con relación a su estructura frente a los cambios de temperatura puede delinearse cuando sigue. Con un metal puro se solidifica a partir de su estado de fusión los átomos se organizan en una estructura regular recurrente y cristalina que es mucho más compacta que una estructura holgada y aleatoria del líquido del cual proviene de esta manera el proceso de solidificación se produce por lo cual produce una abrupta contracción volumétrica del material cristalino encontraste cuando los materiales amorfos se encuentran a temperaturas bajas no alcanza esa estructura repetitiva y compacta si no la misma estructura aleatoria la que su estado líquido no existe un cambio volumétrico brusco cuando el líquido se transforma a solido

1.2 imperfecciones en los cristales.

Hemos vistos como si la estructura delos metales fueran perfectas pero alguna veces no es

el caso por lo cual existen varias razones de las cuales la estructura de los cristales no es

siempre perfecta están surgen a menudo de que la incapacidad del material de que

solidifique para seguir reproduciendo indefinidamente sin interrupción su celda unitaria.

En otros casos las imperfecciones se producen intencionalmente durante el proceso de

manufactura como es el caso de la adición de un elemento que ligue con el metal para

aumentar su resistencia.

Las imperfecciones también son llamadas defectos, ambas se refieren a la desviación del

patrón regular en la estructura reticular del cristal y se catalogan como: Defectos puntuales,

defectos lineales y defectos superficiales.

1.2.1 Defectos puntuales.

Imperfecciones en la estructura que involucran un átomo o varios átomos los defectos

pueden formar varias formas como pueden ser: El defecto más simple por un átomo faltante

dentro de la estructura reticular, también la vacante de par iónico que consiste en la falta de

un par de iones con carga opuesta en un compuesto que tiene un equilibrio total de carga,

intersticio una distorsión de la retícula producida por la presencia de un átono extra en la

estructura y el desplazamiento iónico conocido como el efecto Frenkel que ocurre cuando

un ion es removido de su posición regular en la estructura de la retícula y se inserta en una

posición intersticial no ocupada normalmente por dicho ion .

1.2.2Defectos lineales.

Grupo de defectos puntuales conectados que forman una línea en la estructura de la retícula

es más importante un efecto lineal que la dislocación que puede tomar formas: dislocación

de borde y dislocación de tornillos que son útiles para explicar ciertos aspectos del

comportamiento mecánico delos metales.

1.2.3Defectos superficiales.

Imperfecciones que se extienden en 2 dimensiones para formar un límite la superficie es

una interrupción de la estructura reticular los limites superficiales pueden penetrar dentro

del material el mejor ejemplo de esto son los límites de grano.

1.2.4Deformacion de cristales metálicos.

Cuando un cristal se sujeta a un esfuerzo mecánico creciente su primera reacción consiste

en deformarse, si la fuerza seas y su estructura reticular vuelve a su forma original. Si el

esfuerzo alcanza un alto valor con respectos a las fuerzas electrostáticas que mantiene a los

átomos en la posición de su celda ocurre un cambio permanente llamado deformación

plástica. Lo que ha pasado es que lo átomos en la celda se han movido en forma

permanente con respecto a su posición previa y la retícula ha alcanzado un nuevo

equilibrio.

La deformación de la celda forma parte de un mecanismo llamado deslizamiento por el cual

puede ocurrir una deformación plástica en una estructura cristalina la otra se llama maclaje.

1.2.5Granos y límites de grano en metales.

Un trozo dado de metal puede contener millones de cristales individuales llamados granos cada grano tiene una orientación reticular única; pero colectivamente los granos se orienta al azar dentro de la muestra, a esta estructura se le llama poli cristalina que es el estado natural del material

Otro factor que tiene influencia sobre las propiedades mecánicas es la presencia de límites de granos de metal por que presentan imperfecciones que interrumpen el movimiento continuo de las dislocaciones en la estructura cristalina.

1.3 movilidad de los átomos. (Difusión térmica)

Se conoce que un material al aplicarle calor cambia más lo que en realidad cambia es la estructura molecular, como se está hablando de estructuras cristalinas y no cristalinas simplemente en el cambio que efectúan al aplicarles cierta cantidad de calor.

1.3.1 movilidad de los átomos en estructuras cristalinas.

Cuando a un metal se le aplica calor este experimenta cambios de volumen cuanto pasa de estado sólido a estado líquido, estos cambios se le caracterizan por la expansión térmica de los metales. El repentino aumento de volumen en el punto de fusión se asocia con la adición de cierta cantidad de calor, llamada calor de fusión, como se ha hablado anteriormente. Que ocasiona una pérdida del denso arreglo regular entre los átomos en la estructura cristalina mientras que el proceso puede ser reversible .por ejemplo cuando un metal se deja enfriar en temperatura ambiente este vuelve a su misma estructura, expulsando la misma intensidad de calor y haciendo que se acomoden nuevamente los átomos a la estructura de la figura 1 inciso (a).

1.3.2 movilidad de los átomos en estructura no cristalina.

Como se muestra en la figura anterior (figura1) el inciso B, muestra como son la estructura de un material amorfo en estado líquido al momento de aplicarle calor este reacciona igual que el materia de estructuras cristalina mientras que al cambiar su temperatura cuando este ya haya alcanzado todas las propiedades de un líquido este presenta varios cambios distintos como por ejemplo el vidrio al momento de aplicarle calor y cumple las propiedades de un líquido que se mueva libremente y lo dejas enfriar a temperatura ambiente este al momento de solidificarse no lo hace de manera concreta como lo hacen los cristalino sino que al paso del tiempo va disminuyendo su temperatura este se vuelve viscoso y al lapso de tiempo este reajusta su estructura y se vuelve un completo sólido.

La única diferencia entre un cristalino y un no cristalino es que al momento de enfriamiento a temperatura ambiente el cristalino lo hace de manera concreta y el no cristalino simplemente se vuelve viscoso hasta llegar al estado sólido de nuevo.

Conclusiones.

Luis Alfonso guerrero González:

Mi conclusión, es que estos dos tipos de estructuras contienen distintas cosas que tiene que ser estudiadas para una mejor comprensión ya que hay aleaciones donde dos de los mejores metales por ejemplo se unen atómicamente y hacen un súper metal con mejores propiedades de resistividad, para esto es bueno saber las estructuras atómicas de los materiales tanto cristalinos como no cristalinos, porque en estos tiempos las aleaciones y la búsqueda de metales más resistentes es lo mejor para uso militar y social en cuestión de uso humano.

Francisco partida Ascencio:

Pues de conclusión. Pon que todo los materiales están hechos de por átomos y los que están en cuerpos solidos los átomos tiende a tener figuras geométricas exactas o casi exactas y de la evaluación me parece que fue un buen trabajo debido a que la información viene clara y muy bien explicada para su mayor entendimiento.

Vidal Rubio Cesar Eduardo:

Mi conclusión es que todas las cosas físicas que existen esta compuestas por átomos, pero que estos átomos pueden estar acomodados en dos diferentes tipos de estructuras; las cristalinas o las amorfas (no cristalinas). Cada una de estas estructuras tiene un acomodo diferente en los átomos y según este acomodo varia la resistencia del material y sus propiedades.

Fuentes:

https://books.google.com.mx/books?id=tcV0l37tUr0C&pg=PA38&dq=Estructura+y++arreglo+cristalino+y+no+cristalino&hl=es&sa=X&ei=screVPGlGYauyASOzICYDg&ved=0CBsQ6AEwAA#v=onepage&q=Estructura%20y%20%20arreglo%20cristalino%20y%20no%20cristalino&f=false

http:// es.slideshare.net/laguado86/3-estructura-cristalina

http:// descom.jmc.utfsm.cl/proi/materiales/ESTRUCTURAS.htm

http:// www.acienciasgalilei.com/qui/pdf-qui/estruct_cubica.pdf

http:// es.slideshare.net/DesireeS/el-atomo-y-estructura-cristalina-14618226

https:// iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2009/09/estructura-cristalina.pdf

Evaluación.

Luis Alfonso guerrero González

1.- ¿Qué aprendí del trabajo realizado? La diferencia entre las dos estructuras y la forma atómica de su estructura

2.- ¿Cuál fue mi aportación personal al trabajo en equipo? El punto1.3

3.-Calificación de 0 a 10 que asigno a cada uno de mis compañeros de equipo

de acuerdo a su desempeño durante la realización del trabajo.

Luis Alfonso guerrero González 9Francisco partida Ascencio 9Cesar Eduardo rubio Vidal 9Norberto Zúñiga 8Alejandro Godínez Sahagún 8

Francisco partida Ascencio

1.- ¿Qué aprendí del trabajo realizado?

2.- ¿Cuál fue mi aportación personal al trabajo en equipo?

3.-Calificación de 0 a 10 que asigno a cada uno de mis compañeros de equipo

de acuerdo a su desempeño durante la realización del trabajo.

Cesar Eduardo Vidal rubio

1.- ¿Qué aprendí del trabajo realizado? Que todo está compuesto por moléculas y el acomodo de esas moléculas da las propiedades de las cosas físicas.

2.- ¿Cuál fue mi aportación personal al trabajo en equipo? La presentación en power point

3.-Calificación de 0 a 10 que asigno a cada uno de mis compañeros de equipo

de acuerdo a su desempeño durante la realización del trabajo.

Luis Alfonso guerrero González 9Francisco partida Ascencio 9

Cesar Eduardo rubio Vidal 9Norberto Zúñiga 8Alejandro Godínez Sahagún 8

Alejandro Godínez Sahagún

1.- ¿Qué aprendí del trabajo realizado?

2.- ¿Cuál fue mi aportación personal al trabajo en equipo?

3.-Calificación de 0 a 10 que asigno a cada uno de mis compañeros de equipo

de acuerdo a su desempeño durante la realización del trabajo.

Norberto zuñiga

1.- ¿Qué aprendí del trabajo realizado?

2.- ¿Cuál fue mi aportación personal al trabajo en equipo?

3.-Calificación de 0 a 10 que asigno a cada uno de mis compañeros de equipo

de acuerdo a su desempeño durante la realización del trabajo.