INTRODUCCINLas propiedades y comportamiento de los materiales dependen, principalmente de su constitucin y de su estructura. Por ello estudiaremos la disposicin geomtrica de los tomos y las interacciones que tienen entre ellos.Dentro de la disposicin adoptada por los tomos en el estado slido, introduciremos el concepto de estado cristalino y no cristalino o amorfo.

Se obtiene un empaquetamiento hexagonal compacto cuando la proyeccin de la tercera capa que se aade coincide con la primera capa, dando lugar a una secuencia ABABAB.

Celda unidad:

Hexagonal: a = b, c = 1.63a, = = 90 = 120 Z = 2, (0, 0, 0) (2/3, 1/3, 1/2) N. C. = 12

ESTRUCTURA CRISTALINA

CONCEPTOS FUNDAMENTALES:

La estructura fsica de los slidos es consecuencia de la disposicin de los tomos, molculas e iones en el espacio, as como de las fuerzas de interconexin entre los mismos. Si esta distribucin espacial se repite, diremos del slido que tiene estructura cristalina. Los metales, aleaciones y determinados materiales cermicos tienen estructura cristalina.La ordenacin atmica en los slidos cristalinos puede representarse situando los tomos en el origen de una red tridimensional, que se denomina retculo espacial. En este tipo de redes cristalinas cada punto que puede ser identificado por un tomo, tiene un entorno idntico.Una estructura cristalina se puede definir como una repeticin en el espacio de celdas unitarias. El volumen y orientacin espacial de cada celda unitaria viene caracterizado por las siguientes constantes: tres vectores, a, b, c, que convergen en un punto comn o vrtice y tres ngulos , y .

ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE LOS METALES:

El enlace atmico de este grupo de materiales es metlico y de naturaleza no direccional. Por consiguiente, no hay restricciones en cuanto al nmero y posicin de tomos vecinos ms prximos; lo cual conduce, para la mayora de los metales, a estructuras cristalinas con gran nmero de vecinos muy prximos y densamente empaquetados. Utilizando el modelo de esferas rgidas en la descripcin de los metales, cada esfera representa un catin en la estructura cristalina. La Tabla 3.1 indica el radio atmico para algunos metales. La mayora de los metales ms corrientes cristaliza en una de las tres estructuras cristalinas siguientes: cbica centrada en las caras, cbica centrada en el cuerpo y hexagonal compacta.

Factor de empaquetamiento atmico (APF):

APF = Vtomos / Vcelda

Donde:

Vtomos = volumen de los tomos en la celda unidad. Vcelda = volumen de la celda unidad.

ESTRUCTURA CRISTALINA MEDIANTE EMPAQUETAMIENTO DE ESFERAS

La estructura cristalina describe la ordenacin de tomos o molculas en un cristal. La estructura de muchos slidos se puede describir considerando que proceden de empaquetar (o, lo que es lo mismo, colocar lo ms prximas posible) esferas. Estas esferas representan a los tomos, iones o molculas sencillas, que forman la estructura del slido. Es un sistema muy sencillo que da resultados razonablemente buenos.El ejemplo ms simple es la representacin de la estructura de los metales:

- Estn formados por un solo tipo de tomos, de manera que se pueden considerar esferas del mismo tamao.

- Sus enlaces no son direccionales, por lo que los tomos tendern a rodearse del mayor nmero de tomos (ndice de coordinacin IC de 12 por geometra de esferas es el mximo posible).La estructura del metal, por tanto, es el resultado de empaquetar esferas del mismo tamao de la forma ms compacta posible, por lo tanto con IC de 12.

CASOS CON EMPAQUETAMIENTO DE TIPO AA:

- Dos capas con IC = 4 superpuestas (AA): empaquetamiento cbico simple o primitivo (un hueco central cbico): IC 6. Es una celdilla de tipo P (primitiva).

- Dos capas con IC = 6 superpuestas (AA): empaquetamiento hexagonal simple (no compacto con huecos en forma de prisma trigonal): IC 8

ESTRUCTURA CRISTALINA HEXAGONAL COMPACTA

No todos los metales tienen celdilla unidad con simetra cbica; la ltima estructura cristalina que se discute es la que tiene celdilla unidad hexagonal. La Figura 3.3a muestra la celdilla unidad, en el modelo de esferas reducidas, de esta estructura denominada hexagonal compacta (HC). En la Figura (1) se aprecia un conjunto de varias celdillas unidad HC. Las bases superior e inferior consisten en hexgonos regulares con sus tomos en los vrtices y uno en el centro. Otro plano que provee de tres tomos adicionales a la celdilla unidad est situado entre ambos planos. Cada celdilla unidad equivale a seis tomos: cada tomo situado en los 12 vrtices superiores e inferiores contribuye con la sexta parte, los 2 tomos del centro de los hexgonos contribuyen con la mitad y los 3 tomos del plano central contribuyen enteramente. En la Figura (1) se aprecia que a y c representan las dimensiones corta y larga de la celdilla unidad, respectivamente. La relacin c/a debe ser 1,633; sin embargo, para algunos metales HC esta relacin se desva del valor ideal.

El nmero de coordinacin y el factor de empaquetamiento atmico para los cristales de estructuras HC son idnticos que para los FCC: 12 y 0,74, respectivamente. Son metales HC el cadmio, magnesio, titanio y zinc.

Figura 1. Celda unidad hexagonal compacta representada de diversas formas.

N tomos= 2[61/6]+21 /2+3 =6Nmero de coordinacin: 12Factor empaquetamiento: 0, 74

Hexagonal: a = b, c = 1.63a, = = 90 = 120 Z = 2, (0, 0, 0) (2/3, 1/3, 1/2) N. C. = 12

Ninguno cristaliza en la estructura hexagonal sencilla, ya que el APF es demasiado bajo, y los tomos pueden alcanzar valores de energa ms bajos y condiciones ms estables con la estructura hexagonal compacta HCP.

APF (HPC) = 0,74 = APF (FCC)

ndice Coordinacin (HPC) =12 = ndice Coordinacin (FCC).

Estructura HCP equivalente de 6 tomos por celda unidad. [3 tomos forman un tringulo en la capa intermedia; 6x1/6 de secciones de tomos en las capas de arriba y de abajo (2 x 6 x 1/6), que equivalen a 2 ms; finalmente hay dos mitades de tomos en el centro de ambas capas superior e inferior, lo que equivale a 1 tomo completo. Total tomos en HCP: 3 + 2 + 1 = 6].

Sistema Cristalino HexagonalRelacin axiala = b c

ngulos interaxiales==90, =120

PARMETROS DE LA CELDILLA UNIDAD DE EMPAQUETAMIENTOS DE ESFERAS:

Nmero de tomos por celda unidad: Dado que la celdilla no est aislada, deben diferenciarse aquellos tomos que pertenecen solamente a una determinada celda de los que se comparten con las celdas vecinas.

CLCULO DE LA DENSIDAD.El conocimiento de la estructura cristalina de un slido metlico permite el clculo de su densidad mediante la siguiente relacin:

= n A / VC NADonde:n = nmero de tomos asociados a cada celdilla unidad.A= peso atmico.VC = Volumen de la celdilla unidad.NA = nmero de Avogadro (6,023 1023 tomos/mol)EMPAQUETAMIENTO HCP:Eficacia de empaquetamiento (%): 74

Nmero de coordinacin: 12

Contenido de la celda (Z): 2

ALEACIONES:

Es un material compuesto por ms de un elemento que presenta propiedades tpicas de metales. Es la fase slida que se obtiene al enfriar una mezcla lquida de dos o ms componentes.

CLASIFICACIN:

Disoluciones slidas: son mezclas homogneas en las que los componentes estn uniformemente dispersos (los tomos del soluto se distribuyen al azar entre los tomos del disolvente).Disoluciones slidas de sustitucin: los tomos del soluto ocupan posiciones del disolvente. Disoluciones slidas intersticiales: los tomos de soluto ocupan posiciones intersticiales de la red.

Compuestos intermetlicos: son aleaciones homogneas que tienen propiedades y composicin definida [Ej.: latn-(CuZn), duralumino (CuAl2), Ni3Al, Cr3Pt]. Aleaciones heterogneas: son aleaciones en las que los componentes no estn uniformemente dispersos. Las propiedades de estas aleaciones dependen no slo de la composicin sino de la manera en que se ha formado el slido.

DISOLUCIONES SLIDAS

Aleaciones slidas de sustitucin:

Se forma si se cumplen las condiciones:

1. Los tomos de los elementos no se diferencian en ms de un 15%.

2. Las estructuras cristalinas de los dos metales puros son las mismas.

3. El carcter electropositivo de los componentes es semejante.

Ejemplos: Au-Cu; Au-Cu; Ni-Cu; K-Rb; Mo-W; Ni-Pd

Aleaciones slidas intersticiales:

Para que se forme una disolucin slida intersticial, el componente presente en las posiciones intersticiales debe tener un radio mucho menor que los tomos de disolvente.El alojamiento de tomos de H, B, C o N requiere que el radio del anfitrin no sea inferior a 90, 195, 188 180 pm, respectivamente.

COMPUESTOS INTERMETLICOS

Duraluminio CuAl2

Latn - CuZn

Cementita CFe3