Estructuras de Sólidos no Cristalinos

3.1 Ordenamiento.•Los materiales no cristalinos no presentan la propiedad de arreglo tridimensional.

•Se podría describir como poliedros de coordinación, o moléculas de cadena larga.

•Presentan una temperatura de solidificación de equilibrio.

•Tienen movilidad muy limitada.

Anteriormente se creía que el arreglo de los átomos en estos materiales era completamente al azar, y se les llamó “amorfos”, actualmente se sabe que presentan un orden de corto alcance.

Difracción de un material no cristalino.

Difracción de un material cristalino.

Subunidades de los materiales no cristalinos.1. Moléculas individuales de cadena larga.2. Redes tridimensionales.3. Ordenación intermedia entre las anteriores.

Las partes que forman las subunidades anteriores pueden ser elementos o compuestos, lo que indica que los sólidos no cristalinos son muy diferentes entre sí, pero tienen características muy similares:

Sus energías no son tan bajas como las de los cristales.Su respuesta a los cambios de temperatura es similar.No presentan un punto de fusión definido.Se endurecen gradualmente cuando desciende la temperatura.Se ablandan paulatinamente cuando aumenta la temperatura.

3.2 Características generales de los materiales no cristalinos.

Las ordenaciones de las subunidades pueden ser enredadas tan fácil y totalmente en el estado liquido que es casi imposible una vez que el material ha solidificado.

3.2.1 Subunidades.

Redes Tridimensionales: son poliedros de coordinación que solo comparten vértices mediante una unión discreta y son flexibles.

Cadenas moleculares largas: cuando estas son muy largas y flexibles se enredan entre ellas cuando la temperatura es alta, o sea que están en estado liquido, pero al bajar la temperatura y llegar casi al punto de congelación permanecen enredadas y por lo tanto forman un liquido no cristalino.

3.2.2 Solidificacion.-No presentan una estructura de solidificación como los materiales cristalinos.

-Cuando el material se enfría se forman primero las uniones de energía mínima.

-Al bajar la temperatura se forman uniones mas débiles endurecimiento.

-Cuando el material aparece como una masa rígida, habrá alcanzado su temperatura de transición vítrea Tg.

-A temperaturas menores el material será frágil como el vidrio.

-A temperaturas elevadas, será un liquido muy viscoso.

3.2.3 Transparencia.

Muchos de estos materiales son transparentes, en estado solido como liquido, esto se debe a la ausencia de interfaces internas que son defectos que ayudan a dispersar la luz.

Elementos Químicos No Cristalinos

Cuando el S y el Se son enfriados desde su estado liquido forman primero un liquido muy viscoso, el cual si es templado en agua a temperatura ambiente, nos dará origen a 1 vidrio o a una estructura no cristalina.

La capacidad del S y Se para formar vidrios, puede deberse al tipo de unión covalente entre átomos, en donde los orbitales p se traslapan dando origen a cadenas moleculares largas, el cual al ser enfriado forma 1 estructura no cristalina

En general podemos decir que en los elementos químicos, entre mas direccional sea su unión, abra mas tendencia a formar sólidos no cristalinos, cuando se ase 1 templado desde el estado viscoso.

Compuestos moleculares de cadena larga.Polímeros.

Los polímeros, resinas o plásticos en el estado solido tienen estructuras poco compactas ya que las uniones primarias esta completamente satisfechas dentro de las cadenas moleculares largas debido a que estas cadenas contienen grupos atomicos laterales voluminosos, que no le permite ser muy compactas.

3.4.1.1 FACTORES QUE INFLUYEN EN UN EMPAQUETAMIENTO SUELTO

En el caso de los polímeros, los factores que contribuyen mayormente a la no cristalinidad son:

a. Cadena molecular muy larga y ramificada.b. Grupos laterales grandes, distribuidos al azar a lo largo de las cadenas.c. Cadena Copolimera, o sea cadenas moleculares que son combinaciones de 2 o mas

polímeros.d. Plastificantes, aditivos de pesos moleculares mas bajos, que separan a las cadenas

unas de las otras.

Esta formado por cadenas parafinicas extremadamente largas. Las Parafinas son Hidrocarburos y su formula general es (CnH2n+2). Los Hidrocarburos se unen en cadenas extremadamente largas.

Así tenemos el Polietileno Lineal que cristaliza casi tanto como las cadenas parafinicas mas cortas.

3.4.2 POLIETILENO

Contiene segmentos de cadena laterales, ligados a la cadena principal en los sitios en donde normalmente va un hidrogeno. Bajo esta forma solo cristaliza parcialmente. Entre mas ramificado, menos cristalino, ya que las ramificaciones interfieren con el ordenamiento de las cadenas.

POLIETILENO RAMIFICADO

Polietileno Ramificado

3.4.3 POLIMEROS VINILICOS

Su unidad repetitiva es:

1. ATACTICA:

1. ISOATACTICA:

1. SINDIOTACTICA:

3.4.4 COPOLIMERIZACION

En este caso las cadenas están formadas por 2 o mas polímeros.

3.5. ELASTOMEROS

Características Principales:

•Polímeros amorfos.

•Gran extensibilidad reversible a temperatura ambiente.

•Se contraen rápidamente, mostrando el fenómeno de la recuperación.

Polímero Natural

Caucho Natural

Dieno

3.5.1. Poliisopreno

Gutapercha

Su temperatura de transición vítrea debe ser muy inferior a la temperatura ambiente.

Temperatura de trabajo

3.5.2. Efecto De La Temperatura

3.5.3Reversibilidad de la extensión

Puntos de fijación que sin ellos, el elastómero se deformaría permanentemente.

A medida que aumenta el número de enlaces cruzados, la estructura se hace más rígida, tal como sucede en un polímero de red tridimensional.

Redes tridimensionales

Polímeros que forman redes tridimensionales:

Polímeros que forman redes tridimensionales:a) Baquelitab) Ebonita

Estos tienen características comunes:c) No presentan temperatura de transición vítrea.d) Se degradan a temperatura elevada.Son los vidrios inorgánicos los que tienden a formar las redes tridimensionales

no cristalinas.En los óxidos: la estructura abierta se debe a una fuerte repulsión cation-cation.

Compuestos cristalinos tenderán a ser no cristalinos, cuando de cumplen los siguientes requisitos:

1) c/anion esta unido a 2 cationes2) c/cation esta rodeado por mas de 4 aniones

3) Los poliedros anicónicos comparten vértices pero no aristas o caras.4) El compuesto tiene un gran numero de constituyente distribuido

irregularmente Atravez de su red.

Ejemplos:a) Sílice

b) Oxido de boro. Ambos forman vidrio.Aquí se cumplen 2 condiciones:

1. Carga cationica alta2. Poliedros anionicos pequeños.

La sílice cuando no reúne estas características llega a formar estructuras

Cristalinas verdaderas como en el caso de cuarzo y la cristobalita.

En las estructuras tridimensionales cualquier factor que rompa la red promoverá la formación de estructuras cristalinas.

al romperse a red, la viscosidad del vidrio disminuye y puede trabajarse a temperaturas mas bajas; generalmente se les

pone soda (Na2O) o cal (CaO)Para obtener el vidrio común.

los óxidos que interrumpen la red como la soda la cal se conocen como modificadores.

Para impedir la devitrificacion podemos usar un vitrifícate o un intermediario.

Grado de orden La estructura de un solido no cristalino que no presenta un

orden de largo alcance se puede representar mediante una curva de distribución de probabilidades que muestran la probabilidad de hallar un átomo a una cierta distancia de

otro átomo dado. Si el material es amorfo tendrá una curva tipo parabólico.

Para material cristalino perfecto: la curva de densidad radial tendría líneas de altura infinita a todas las distancias

interatómicas posibles.

Geles no crstalinos GELES SOLIDO-LIQUIDO. Partículas solidas en suspensión coloidal, se

unen entre si para formar una armazón solida que encierra al liquido.

GEL ELASTICO. Cuando la armazón solida formada por moléculas de cadena larga están unidas en pocos puntos únicamente. Aumenta

su fluidez al aumentar la temperatura. ASFALTO. Red de hidrocarburos de alto peso molecular con un

residuo oleoso, la armazón solida recibe el nombre asfáltenos. GEL RIGIDO. O se ablandan cuando aumenta la temperatura

pareciéndose entonces a los plásticos termoendurecibles.CEMENTO PORTLAND. Es otro gel rígido formado de 4 constituyentes en

su estado seco y pulverizado:1) Silicato tricalcico2) Silicato dicalsico

3) Aluminato tricalcico4) Aluminoferrato tetracalcico

Cuando se hidrata se produce un gel formado principalmente por silicatos de calcio hidratados que se conoce como gel de tobermorita.