QUIMICA SOLIDO

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QUIMICA - TEMA: PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS

“AÑO DE LA INTEGRACION NACIONAL Y EL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD”

UNIVERSIDAD ALAS PERUANASSUB – SEDE ILO

CARRERA PROFESIONAL:

INGENIERIA CIVIL

CURSO:

FISICA ll

ALUMNOS:

ELVIS CRUZ FLORES

WILVER BORDA CAZORLA

Docente

Lic. FRIDDA PACHECO

Ciclo:

Ill

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INDICE

PAG.

DEDICATORIA 3

INTRODUCION 4

1.0.0. SOLIDOS 5

2.0.0 . TIPOS DE SOLIDOS 6

2.1. 0 SÓLIDOS AMORFOS 6

2.2..0 SÓLIDOS CRISTALINOS: 6

2.2.1 CLASIFICACION DE LOS SOLIDOS: 6

2.2.2. OTRAS PROPIEDADES 7

3.0.0 SISTEMAS CRISTALINOS: 9

3.1.0 CRISTALES 9

3.2.0 TIPOS DE CRISTALES 9

3.3.0 SÓLIDOS CRISTALINOS Y REDES DE BRAVAIS 12

4.0.0 CELDA UNITARIA 14

4.1.0.REDES ESPACIALES DE BRAVAIS: 15

4.2.0ESTRUCTURA CÚBICA CENTRADA 16

4.3.0ESTRUCTURA CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO: 16

4.4.0ESTRUCTURA CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS: 17

4.5.0ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA 17

5. 0.0 DEFECTOS RETICULARES: 18

5.1.0 DEFECTOS PUNTUALES 18

5.2.0 DEFECTOS LINEALES 19

5.3.0 DEFECTOS PLANARES: 20

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DEDICATORIA

El trabajo de investigación monográfico lo

dedicamos a nuestros padres, gracias a ellos

hemos logrado cumplir algunas de nuestras

metas y que seguiremos cumpliendo también

por depositar su confianza en nosotros.

A Dios por darnos las fuerzas para seguir

adelante y ser nuestro guía para no caer en la

derrota.

A nuestros profesores, gracias a ellos que han

sido nuestros guías en el aprendizaje y corregir

nuestros errores para no volver a cometerlos.

Gracias por darnos esas palabras francas y

hacernos reflexionar para seguir adelante.

GRACIAS.

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INTRODUCCION

La mayoría de los materiales sólidos no metálicos con los que uno a diario esta en contacto, encuentra que no hay diferencia característica entre su forma externa y la de casi todos los objetos metálicos. De aquí que resulte bastante sorprendente para la mayoría de la gente saber que los materiales metálicos poseen una estructura cristalina, mientras que materiales como la madera, plásticos, papel, vidrio y otros no la poseen, éste tipo de materiales tienen un arreglo al azar en sus partículas de manera que logran rigidez a la temperatura ambiente.

Los sólidos se pueden clasificar teniendo en cuenta el arreglo interno de sus partículas, en amorfos y cristalinos.

Se puede decir que un sólido es un material que posee forma y volumen definidos y que es una sustancia constituida por átomos metálicos, átomos no metálicos, iones ó moléculas.

Muchas de las propiedades de los metales tales como la densidad, dureza, punto de fusión, conductividad eléctrica y calorífica están relacionadas con la estructura cristalina y también con el enlace metálico. Sin embargo, ninguna depende tanto de la estructura cristalina como las propiedades mecánicas tales como la maleabilidad, ductilidad, resistencia a la tensión, temple y capacidad de hacer aleaciones.

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1.- SOLIDOS

Desde el punto de vista macroscópico, se aplica el nombre de sólido a sustancia rígida y elástica.Atendiendo a su estructura, podemos dividir los sólidos en dos grandes categorías: Sólidos amorfosSólidos cristalinosLos sólidos amorfos pueden ser considerados como líquidos sobreenfriados y en ellos los átomos o moléculas están fuertemente ligados pero no presentan ninguna regularidad en su distribución espacial.Los sólidos cristalinos se caracterizan por poseer una periodicidad casi perfecta en su estructura; es decir, los cristales están formados por una disposición periódica de átomos o moléculas.Una muestra macroscópica e una sustancia cristalina puede presentarse bajo la forma de un cristal único (sólido monocristalino) o en forma de aglomerados de pequeños cristales (sólidos policristalinos). En el primer caso, se presentarán en el cristal ciertas imperfecciones en la repetición periódica de sus unidades estructurales (dislocaciones, vacantes, impurezas, etc) que pueden modificar notablemente sus propiedades físicas. En el segundo, las aglomeraciones tendrán orientaciones aleatorias y estarán separadas por las llamadas “fronteras de gránulos”.Un cristal ideal se construye mediante una repetición infinita regular en el espacio de estructuras unitarias idénticas. En los cristales más simples, tales como en los de cobre, oro o plata, la estructuras unidad contienen un solo átomo, pero normalmente, la estructura unidad contiene varios átomos que en algunos casos llegan a superar el centenar en los cristales inorgánicos y 104 en los cristales que componen las proteínas.

En el estado sólido, las moléculas, átomos o iones que componen la sustancia considerada están unidos entre sí por fuerzas relativamente intensas, formando un todo compacto. La mayor proximidad entre sus partículas constituyentes es una característica de los sólidos y permite que entren en juego las fuerzas de enlace que ordenan el conjunto, dando lugar a una red cristalina. En ella las partículas ocupan posiciones definidas y sus movimientos se limitan a vibraciones en torno a los vértices de la red en donde se hallan situadas. Por esta razón las sustancias sólidas poseen forma y volumen propios.

La mayor parte de los sólidos presentes en la naturaleza son cristalinos aun cuando en ocasiones esa estructura ordenada no se refleje en una forma geométrico regular apreciable a simple vista. Ello es debido a que con frecuencia están formados por un conjunto de pequeños cristales orientados de diferentes maneras, en una estructura policristalina

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2. TIPOS DE SOLIDOS

2.1. SÓLIDOS AMORFOS

Son todos aquellos sólidos en los cuales sus partículas constituyentes presentan atracciones lo suficientemente eficaces como para impedir que la sustancia fluya, resultando una estructura rígida y más o menos dura.

No presentan una disposición interna ordenada por lo tanto no tienen ningún patrón determinado. También se les denomina vidrios ó líquidos sobre enfriados.

A temperaturas altas los amorfos se transforman en líquidos y sus partículas constituyentes tienen libertad de movimiento, al disminuir lentamente la temperatura, la energía cinética de las partículas se va haciendo tan baja que se puede producir un acomodamiento entre ellas; pero si el enfriamiento se produce rápidamente y por debajo del punto de fusión (sobreenfiramento), se origina, como resultado de las menores vibraciones, una contracción térmica que no permite el ordenamiento de las partículas aumentando la viscosidad que ya no es posible apreciar flujo y la sustancia adquiere las características de un sólido: rigidez, dureza, forma y volumen definidos, etc. Como ejemplos cabe resaltar: el asfalto, ceras, la brea, vidrio y la mayoría de los polímeros.

Cuando un sólido amorfo se quiebra produce caras y bordes irregulares y al fundirse lo hace en un rango de temperaturas cambiando lentamente del estado sólido al estado líquido.

2.2.SÓLIDOS CRISTALINOS:

Un sólido cristalino es aquél que tiene una estructura periódica y ordenada, como consecuencia tienen una forma que no cambia, salvo por la acción de fuerzas externas. Cuando se aumenta la temperatura, los sólidos se funden y cambian al estado líquido. Las moléculas ya no permanecen en posiciones fijas, aunque las interacciones entre ellas sigue siendo suficientemente grande para que el líquido pueda cambiar de forma sin cambiar apreciablemente de volumen, adaptándose al recipiente que lo contiene.

2.2.1CLASIFICACION DE LOS SOLIDOS:

CRISTALES IÓNICOS

Los cristales iónicos tienen dos características importantes: están formados de enlaces cargados y los aniones y cationes suelen ser de distinto tamaño. Son duros y a la vez quebradizos. La fuerza que los mantiene unidos es electrostática. Ejemplos: KCl, CsCl, ZnS y CF2. La mayoría de los cristales iónicos tienen puntos de fusión altos, lo cual refleja la gran fuerza de cohesión que mantiene juntos a

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los iones. Su estabilidad depende en parte de su energía reticular; cuanto mayor sea esta energía, más estable será el compuesto.

CRISTALES COVALENTES

Los átomos de los cristales covalentes se mantienen unidos en una red tridimensional únicamente por enlaces covalentes. El grafito y el diamante, alótropos del carbono, son buenos ejemplos. Debido a sus enlaces covalentes fuertes en tres dimensiones, el diamante presenta una dureza particular y un elevado punto de fusión. El cuarzo (SiO2) es otro ejemplo de cristal covalente. La distribución de los átomos de silicio en el cuarzo es semejante a la del carbono en el diamante, pero en el cuarzo hay un átomo de oxígeno entre cada par de átomos de silicio.

CRISTALES MOLECULARES

En un cristal molecular, los puntos reticulares están ocupados por moléculas que se mantienen unidas por fuerzas de van der Waals y/o de enlaces de hidrógeno. El dióxido de azufre (SO2) sólido es un ejemplo de un cristal molecular al igual que los cristales de I2, P4 y S8. Con excepción del hielo, los cristales moleculares suelen empaquetarse tan juntos como su forma y tamaño lo permitan. Debido a que las fuerzas de van der Waals y los enlaces de hidrógeno son más débiles que los enlaces iónicos o covalentes, los cristales moleculares suelen ser quebradizos y la mayoría funden a temperaturas menores de 100 °C.

CRISTALES METÁLICOS

La estructura de los cristales metálicos es más simple porque cada punto reticular del cristal está ocupado por un átomo del mismo metal. Los cristales metálicos por lo regular tienen una estructura cúbica centrada en el cuerpo o en las caras; también pueden ser hexagonales de empaquetamiento compacto, por lo que suelen ser muy densos. Sus propiedades varían de acuerdo a la especie y van desde blandos a duros y de puntos de fusión bajos a altos, pero todos en general son buenos conductores de calor y electricidad.

2.2.2. OTRAS PROPIEDADES

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA.

La conductividad eléctrica, que es la capacidad de conducir la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de potencial, es una de las propiedades físicas más importantes. Ciertos metales, como el cobre, la plata y el aluminio son excelentes conductores. Por otro lado, ciertos aislantes como el diamante o el vidrio son muy malos conductores. A temperaturas muy bajas, los semiconductores puros se comportan como aislantes. Sometidos a altas temperaturas, mezclados con impurezas o en presencia de luz, la conductividad

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de los semiconductores puede aumentar de forma espectacular y llegar a alcanzar niveles cercanos a los de los metales. Las propiedades de los semiconductores se estudian en la física del estado sólido.

PUNTO DE FUSIÓN

Es la temperatura en la cual una sustancia se funde(paso del estado de agregación sólido al líquido) a temperatura y presión constantes.El punto de fusión de un sólido cristalino se puede definir como la temperatura a la cual un sólido se transforma en líquido a la presión de 1 atmósfera. En una sustancia pura el cambio de estado es generalmente muy rápido y la temperatura es característica, no afectando prácticamente por un cambio moderado de la presión. Por esta razón el punto de fusión es una buena constante en la identificación de sólidos. Debido a que el punto de fusión se altera sensiblemente por la presencia de impurezas esta constante constituye un buen criterio de pureza. Un sólido puro funde en un intervalo muy pequeño de temperatura y un límite superior muy próximo al verdadero punto de fusión. Un sólido bastante impuro presenta generalmente un intervalo de fusión bastante más amplio y una temperatura límite superior considerablemente inferior (intervalo de 10° a 20°) a la del punto de fusión verdadero.

DENSIDAD

Es una propiedad empleada ampliamente para caracterizar las sustancias. Se define como la cantidad de masa en una unidad de volumen de la sustancia:

o como símbolo:

Como es de propiedad cuantitativa suele ser de mayor utilidad para identificar una sustancia que una propiedad cualitativa, como el color o el olor. Además, la densidad determina si un objeto flota en un cierto liquido.

Aunque la unidad básica de la densidad es Kg/m3, es mas común expresar la densidad de unidades de gramos por centímetro cúbico.

SUSCEPTIBILIDAD MAGNÉTICA

Algunos materiales presentan susceptibilidad magnética, que consiste en que son afectados cuando se les aplica un campo magnético. A nivel microscópico este fenómeno puede asociarse a la orientación de todos los pequeños campos magnéticos que presentan los átomos y las moléculas, que normalmente están distribuidos al azar, de forma que todos ellos quedan colocados de forma paralela al citado campo.

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3. SISTEMAS   CRISTALINOS:

Es la unida de volumen más pequeña de un cristal que reproduce por repetición la red cristalina, se llama celdilla unidad. Se puede demostrar que para que una celdilla unidad por repetición pueda reproducir la red cristalina, de pertenecer a un de los siete sistemas cristalinos de la tabla que mostramos.

3.1 CRISTALES

A escala macroscópica un cristal puede definirse como un sólido homogéneo en el que algunas propiedades físicas dependen de la dirección en la que se las considere. Entre estas propiedades pueden citarse el índice de refracción, la conducción térmica y eléctrica, el magnetismo, el módulo de elasticidad, etc. Hasta 1912, en que M. von Laue hizo su célebre descubrimiento (v. RAYOS x), el estudio de los cristales se hacía utilizando solamente métodos ópticos. El microscopio y el goniómetro eran prácticamente los únicos aparatos para el cristalógrafo. La Cristalografía (v.) era puramente morfológica, pero consiguió magníficos avances, y sus leyes fundamentales, ligadas a los nombres de Bravais y del abate Hauy, están todavía vigentes.      A partir de 1912 nace la Cristalografía a escala atómica, y el conocimiento profundo de los cristales empieza a ser una realidad. Desde este nuevo punto de vista, un cristal consiste en un conjunto de átomos o de moléculas que se repite indefinidamente por todo el espacio. Así, pues, los átomos que componen el cristal están dispuestos de una manera regular. En algunos metales, el cobre o el níquel, p. ej., los átomos se disponen como lo harían las pelotas de tenis dentro de una caja, de forma que el volumen que ocuparan fuera el mínimo. En otros metales, el hierro, p. ej., los átomos ocupan los cuatro vértices y el centro de un cubo. El conjunto que se repite recibe el nombre de base y también de motivo. El número de bases es prácticamente infinito: un solo átomo en un metal, dos átomos (o iones) diferentes (p. ej., un átomo de cloro y otro de sodio en un cristal de cloruro sódico), una molécula (p. ej., en la urotropina) o un conjunto elevado de moléculas (en las proteínas). Hay además que considerar en el cristal un esquema de repetición de la base; es decir, una red imaginaria de puntos en el espacio, en cada uno de los cuales, y a determinadas distancias, se dispone la correspondiente base. De una manera simbólica puede escribirse           cristal=red+base      

3.2TIPOS DE CRISTALES

Un cristal puede ser definido como un sólido compuesto de átomos arreglados en orden, en un modelo de tipo repetitivo. La distancia interatómica en un cristal de cualquier material definido es constante y es una característica del material.

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Debido a que el patrón o arreglo de los átomos es repetido en todas direcciones, existen restricciones definidas en el tipo de simetría que el cristal posee.

La forma geométrica de los cristales es una de las características de cada sal pura o compuesto químico, por lo que la ciencia que estudia los cristales en general, la cristalografía, los ha clasificado en siete sistemas universales de cristalización:

Sistema Cúbico

Las sustancias que cristalizan bajo este sistema forman cristales de forma cúbica, los cuales se pueden definir como cuerpos en el espacio que manifiestan tres ejes en ángulo recto, con “segmentos”, “látices”, ó aristas” de igual magnitud, que forman seis caras o lados del cubo. A esta familia pertenecen los cristales de oro, plata, diamante, cloruro de sodio, etc.

Sistema Monoclínico

Presentan tres ejes en el espacio, pero sólo dos en ángulo recto, con ningún segmento igual, como es el caso del bórax y de la sacarosa.

Sistema Triclínico

Presentan tres ejes en el espacio, ninguno en ángulo recto, con ningún segmento igual, formando cristales ahusados como agujas, como es el caso de la cafeína.

Sistema Hexagonal

Presentan cuatro ejes en el espacio, tres de los cuales son coplanares en ángulo de 60°, formando un hexágono bencénico y el cuarto en ángulo recto, como son los cristales de zinc, cuarzo, magnesio, cadmio, etc.

Sistema Romboédrico

Presentan tres ejes de similar ángulo entre si, pero ninguno es recto, y segmentos iguales, como son los cristales de arsénico, bismuto y carbonato de calcio y mármol.

Dimensiones de las celdillas unidad para los siete sistemas cristalino

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Existen 32 clases de cristales según sus características de simetría, que se organizan en 14 tipos de redes tridimensionales, las 14 redes de Bravais.El número de combinaciones posibles de los elementos de simetría es finito.s posibles de los elementos de simetría es finito.

 

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  La posesión de elementos de simetría en común permite agrupar 32 por las constantes cristalográficas, es decir, el tamaño característico de las celdas fundamentales de cada tipo de cLa posesión de elementos de simetría en común permite agrupar 32 clases cristalinas en 7 grupos, los sistemas cristalinos. estos sistemas quedan definidos por las constantes cristalográficas, es decir, el tamaño característico de las aristas, y el ángulo que forman entre si en las celdas fundamentales de cada tipo de cristal.

 

3.3.SÓLIDOS CRISTALINOS Y REDES DE BRAVAIS

Los sólidos cristalinos están constituidos por minúsculos cristales individuales cada uno con forma geométrica y poseen la característica de que al romperse producen caras y planos definidos, al igual presentan puntos de fusión definidos. Como ejemplos podemos destacar: el NaCl, la sacarosa, metales y aleaciones, y también algunos cerámicos.

Los átomos o iones de un sólido se ordenan en una disposición que se repite en tres dimensiones, forman un sólido del que se dice tiene una estructura cristalina, se dice también que es un sólido cristalino o un material cristalino.

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Punto reticular: ión, átomo o molécula

que se repite infinitamente

figura 1

Líneas rectas imaginarias que forman la

Celdilla unidad

figura 2

El patrón se repite en el espacio y

Forma el retículo cristalino

figura 3

El tamaño y la forma de la celda unidad pueden describirse por tres vectores reticulares a, b, c y por ángulos entre las caras y la longitud relativa de las aristas, denominados parámetros de red, constantes de red o ejes cristalográficos.

a, b, c : longitud de las aristas correspondientes a los ejes coordenados X, Y,Z.

a , b , g : ángulos entre las aristas.

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figura

La importancia en la ingeniería de la estructura física de los materiales sólidos depende primordialmente de la disposición de los átomos, iones o moléculas que constituyen el sólido y de las fuerzas de enlace entre ellos.

Asignando valores específicos para las longitudes axiales y los ángulos intereaxiales, se pueden construir diferentes tipos de celda unidad. Los cristalógrafos han mostrado que son necesarias sólo siete tipos de diferentes de celda unidad para crear todas las redes puntuales, estos sistemas cristalinos son: el Cúbico, el Tetragonal, el Ortorrómbico, el Romboédrico, el Hexagonal, el Monoclínico y el Triclínico. La mayor parte de los sistemas cristalinos presentan variaciones de la celda unidad básica. A.J. Bravais mostró que 14 celdas unidad estándar podían describir todas las estructuras reticulares posibles. Hay cuatro tipos básicos de celdas unidad (1) Sencilla, (2) Centrada en el Cuerpo, (3) Centrada en las Caras, y (4) Centrada en la Base.

En el Sistema Cúbicohay tres tipos de celda unidad: cúbica sencilla, cúbica centrada en el cuerpo y cúbica centrada en las caras. En el SistemaOrtorrómbicohay están representados los cuatro tipos. En el SistemaTetragonal hay solo dos: sencilla y centrada en el cuerpo. La celda unidad tetragonal centrada en las caras parece que falta, pero se puede formar a partir de cuatro celdas unidad tetragonales centradas en el cuerpo. El SistemaMonoclínico tiene celdas unidad sencilla y centrada en la base, y los SistemasRomboédrico, Hexagonal y Triclínico tienen sólo una celda unidad.

4. CELDA UNITARIA

Es la subdivisión de la red cristalina que sigue conservando las características generales de toda la red.

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- Estructura Cristalina: se refiere al tamaño, la forma y la organización atómica dentro de la red de un material.

- Red: Conjunto de puntos, conocidos como puntos de red, que están ordenados de acuerdo a un patrón que se repite en forma idéntica.

- Puntos de Red: Puntos que conforman la red cristalina. Lo que rodea a cada punto de red es idéntico en cualquier otra parte del material.

4.1.-REDES ESPACIALES DE BRAVAIS:

14 celdas unidad estándar pueden describir todas las unidades reticulares posibles de puntos equivalentes en una red tridimensional. La estructura cristalina se especifica indicando la adecuada malla de Bravais y las posiciones de los átomos en la celda unitaria.

Parámetro de Red: Longitudes de los lados de las celdas unitarias y los ángulos entre estos lados.

Numero de Coordinación el numero de átomos que tocan a otro en particular, es decir el número de vecinos mas cercanos, indica que tan estrechamente están empaquetados los átomos. tocan a otro en particular, es decir el número de vecinos más cercanos, indica que tan estrechamente están empaquetados los átomos.

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4.2.-ESTRUCTURA CÚBICA CENTRADA

Formada por un átomo del metal en cada uno de los vértices de un cubo y un átomo en el centro. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro alfa, titanio, tungsteno, molibdeno, niobio, vanadio, cromo, circonio, talio, sodio y potasio.

4.3.-ESTRUCTURA CÚBICA CENTRADA EN EL CUERPO:

Cada átomo de la estructura, está rodeado por ocho átomos adyacentes y los átomos de los vértices están en contacto según las diagonales del cubo

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4.4.-ESTRUCTURA CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS:

Cada átomo está rodeado por doce átomos adyacentes y los átomos de las caras están en contacto. Está constituida por un átomo en cada vértice y un átomo en cada cara del cubo. Los metales que cristalizan en esta estructura son: hierro gama, cobre, plata, platino, oro, plomo y níquel.

4.5.-ESTRUCTURA HEXAGONAL COMPACTA

Esta estructura está determinada por un átomo en cada uno de los vértices de un prisma hexagonal, un átomo en las bases del prisma y tres átomos dentro de la celda unitaria. Cada átomo está rodeado por doce átomos y estos están en contacto según los lados de los hexágonos bases del prisma hexagonal.Los metales que cristalizan en esta forma de estructura son: titanio, magnesio, cinc, berilio, cobalto, circonio y cadmio.

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5. DEFECTOS RETICULARES:

5.1. DEFECTOS PUNTUALES

Defectos puntuales: Los defectos puntuales son discontinuidades de la red que involucran uno o quizá varios átomos. Estos defectos o imperfecciones,, pueden ser generados en el material mediante el movimiento de los átomos al ganar energía por calentamiento; durante el procesamiento del material; mediante la introducción de impurezas; o intencionalmente a través de las aleaciones.

-Huecos: Un Hueco se produce cuando falta un átomo en un sitio normal. Las vacancias se crean en el cristal durante la solidificación a altas temperaturas o como consecuencia de daños por radiación. A temperatura ambiente aparecen muy pocas vacancias, pero éstas se incrementan de manera exponencial conforme se aumenta la temperatura.

-Defectos intersticiales: Se forma un defecto intersticial cuando se inserta un átomo adicional en una posición normalmente desocupada dentro de la estructura cristalina. Los átomos intersticiales, aunque mucho más pequeños que los átomos localizados en los puntos de la red, aún así son mayores que los sitios intersticiales que ocupan; en consecuencia, la red circundante aparece comprimida y distorsionada. Los átomos intersticiales como el hidrógeno a menudo están presentes en forma de impurezas; los átomos de carbono se agregan al hierro para producir acero. Una vez dentro del material, el número de átomos intersticiales en la estructura se mantiene casi constante, incluso al cambiar la temperatura.

-Defectos sustitucionales: Se crea un defecto sustitucional cuando se remplaza un átomo por otro de un tipo distinto. El átomo sustitucional permanece en la posición original. Cuando estos átomos son mayores que los normales de la red, los átomos circundantes se comprimen; si son más pequeños, los átomos circundantes quedan en tensión. En cualquier caso, el defecto sustitucional distorsiona la red circundante. Igualmente, se puede encontrar el defecto sustitucional como una impureza o como un elemento aleante agregado deliberadamente y, una vez introducido, el número de defectos es relativamente independiente de la temperatura.

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IMPORTANCIA DE LOS DEFECTOS PUNTUALES: Los defectos puntuales alteran el arreglo perfecto de los átomos circundantes, distorsionando la red a lo largo de quizás cientos de espaciamientos atómicos, a partir del defecto. Una dislocación que se mueva a través de las cercanías generales de un defecto puntual encuentra una red en la cual los átomos no están en sus posiciones de equilibrio. Esta alteración requiere que se aplique un esfuerzo más alto para obligar a que la dislocación venza al defecto, incrementándose así la resistencia del material.

5.2.-DEFECTOS LINEALES (dislocaciones)

Las dislocaciones son imperfecciones lineales en una red que de otra forma sería perfecta. Generalmente se introducen en la red durante el proceso de solidificación del material o al deformarlo. Aunque en todos los materiales hay dislocaciones presentes, incluyendo los materiales cerámicos y los polímeros, son de particular utilidad para explicar la deformación y el endurecimiento de los metales. Podemos identificar dos tipos de dislocaciones: la dislocación de tornillo y la dislocación de borde.

-DISLOCACIÓN DE TORNILLO:

La dislocación de tornillo se puede ilustrar haciendo un corte parcial a través de un cristal perfecto, torciéndolo y desplazando un lado del corte sobre el otro la distancia de un átomo.

-DISLOCACIONES DE BORDE:

Una dislocación de borde se puede ilustrar haciendo un corte parcial a través de un cristal perfecto, separándolo y rellenando parcialmente el corte con un plano de átomos adicional. El borde inferior de este plano adicional representa la dislocación de borde.

-DISLOCACIONES MIXTAS:

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Las dislocaciones mixtas tienen componentes tanto de borde como de tornillo, con una región de transición entre ambas. El vector de Burgers, sin embargo, se conserva igual para todas las porciones de la dislocación mixta.

-IMPORTANCIA DE LAS DISLOCACIONES:

Aunque en algunos materiales cerámicos y polímeros puede ocurrir deslizamiento, el proceso de deslizamiento es de particular utilidad para entender el comportamiento mecánico de los metales.

En primer término, el deslizamiento explica por qué la resistencia de los metales es mucho menor que el valor predecible a partir del enlace metálico. Si ocurre el deslizamiento, sólo es necesario que se rompa en algún momento una pequeña fracción de todas las uniones metálicas a través de la interfase, por lo que la fuerza requerida para deformar el metal resulta pequeña.

Segundo, el deslizamiento le da ductilidad a los metales. Si no hay dislocaciones presentes, una barra de hierro sería frágil; los metales no podrían ser conformados utilizando los diversos procesos, que involucran la deformación para obtener formas útiles, como la forja.

En tercer lugar, controlamos las propiedades mecánicas de un metal o aleación al interferir el movimiento de las dislocaciones. Un obstáculo introducido en el cristal impedirá que en una dislocación se deslice, a menos que apliquemos mayor fuerza. Si es necesario aplicar una fuerza superior, entonces el metal resulta ser más resistente. Estos obstáculos pueden ser defectos puntuales o borde de grano.

En cuarto lugar, se puede prevenir el deslizamiento de las dislocaciones achicando el tamaño de grano o introduciendo átomos de diferente tamaño, que son las aleaciones.

En los materiales se encuentran enormes cantidades de dislocaciones. La densidad de dislocaciones, o la longitud total de dislocaciones por unidad de volumen, generalmente se utiliza para representar la cantidad de dislocaciones presentes. Densidades de dislocación de 10ˆ-6 cm/cm3 son típicas en los metales más suaves, en tanto que se pueden conseguir densidades de hasta 10ˆ-12 cm/cm3 deformando el material.

5.3.- DEFECTOS PLANARES: (superficies externas y límite de grano)

-DEFECTOS DE SUPERFICIE:

Modelo de cristalización en la solidificación de metales

La estructura final resultante está constituida por un agrupamiento de granos o

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cristales de forma irregular pero guardando cada uno una orientación fija y bien determinada.

Los defectos de superficie son las fronteras o planos que separan un material en regiones de la misma estructura cristalina pero con orientaciones cristalográficas distintas, y la superficie externa de un material. En las superficies externas del material la red termina de manera abrupta. Cada átomo de la superficie ya no tiene el mismo número de coordinación y se altera el enlace atómico. Asimismo, la superficie puede ser muy áspera, contener pequeñas muescas y quizá ser mucho más reactiva que el interior del material. En líquidos, los átomos en la superficie tienen mayor energía porque no tienen todos sus átomos vecinos. Esto hace que al tratar de minimizar la energía se tiende a reducir el numero de átomos en esta condición, por lo tanto tienden a reducir la superficie respecto al volumen, esto geométricamente corresponde a una esfera.

-CRISTALIZACION

El crecimiento de los cristales que se inicia en los centros o núcleos de cristalización en el metal líquido, no puede ser uniforme a causa de los diferentes factores de la composición del metal, la velocidad de enfriamiento y las interferencias que se producen entre ellos mismos durante el proceso de crecimiento.

-LIMITES DE GRANO:

La micro estructura de la mayor parte de los materiales está formada por muchos granos. Un grano es una porción del material dentro del cual el arreglo atómico es idéntico. Sin embargo, la orientación del arreglo atómico, o de la estructura cristalina, es distinta para cada grano. En la figura se muestran de manera esquemática tres granos; la red de cada uno de ellos es idéntica pero están orientados de manera distinta. La frontera de grano, que es la superficie que separa los granos, es una zona estrecha en la cual los átomos no están correctamente espaciados. Esto quiere decir que, en algunos sitios, los átomos están tan cerca unos de otros en la frontera de grano que crean una región de compresión y en otras áreas están tan alejados que crean una región de tensión.

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QUIMICA - TEMA: PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS

FIGURA Los átomos cerca de las fronteras de los tres granos no tienen un espaciamiento o arreglo de equilibrio.

Un método para controlar las propiedades de un material es controlando el tamaño de los granos. Reduciendo el tamaño de éstos se incrementa su número y, por tanto, aumenta la cantidad de fronteras de grano. Cualquier dislocación se moverá solamente una distancia corta antes de encontrar una frontera de grano, incrementando así la resistencia del metal. Se puede relacionar el tamaño de grano con el tensión de fluencia del material. Los limites de grano tienen una influencia importante sobre las propiedades del metal, su número y tamaño esta en función de la tasa de nucleacion y los índices de crecimiento de este. Una vez que el metal se ha solidificado, se puede modificar el tamaño y numero de granos, ya sea por deformación o tratamiento térmico, lo cual permitirá que sus propiedades mecánicas varíen considerablemente, la siguiente ecuación muestra su influencia en el esfuerzo de cadencia:

ß = K1 + K2/ D ˆ- 2

Donde ß es el esfuerzo de Cadencia; K1 y K2 ctes del Material; D es el tamaño del Grano

-ENFRIAMIENTOS:

-DE LOS METALES PUROS:

Los metales puros y los Eutecticos, solidifican a temperatura constante, la solidificación se inicia cuando el metal liquido se enfriad hasta su punto de solidificación, luego la temperatura se mantiene uniforme hasta que la solidificación concluye, mientras esta transformación ocurre el calor latente de solidificación que desprende el metal, mantiene la temperatura constante. Si este se enfriase en completa uniformidad y estuviese exento de impurezas de cualquier índole, podría generarse una cristalización a partir de cristales al azar dentro del liquido(Nucleacion)

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DE ALEACIONES:

Se necesitan dos condiciones para el crecimiento del sólido primero,que el crecimiento requiere que el calor latente de fusión, que se disipa durante la solidificación del líquido, sea eliminado de la interfase sólido líquido. Segundo, y a diferencia de los metales puros, debe ocurrir la difusión tal de manera que durante el enfriamiento las composiciones de las fases sólida y líquida sigan las curvas de sólidos y de líquidos. El calor latente de fusión es eliminado a lo largo de un rango de temperaturas, y así a curva de enfriamiento muestra un cambio en pendiente, en vez de una meseta plana. Para poder conseguir esta estructura final en equilibrio, la velocidad de enfriamiento debe ser extremadamente lenta. Debe permitirse el tiempo suficiente para que los átomos de primero y el segundo se difundan y produzcan las composiciones equilibradas. En la mayor parte de las situaciones prácticas, la velocidad de enfriamiento es demasiado rápida para permitir este equilibrio.

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Índice

POLIFOR

MISMO Y ALEOTROPIA:

Elementos y compuestos que tienen diferentes estructuras cristalinas en distintos rangos o condiciones de temperatura y presión, esto se debe a un cambio en el tipo de cristal que forman los átomos.

Caso HIERRO (tratamiento térmico). Este material cambia su arreglo atómico entre CCaC a CCC y su número de coordinación cambia de 12 y 8. Esto ocurre a 910 ºC. Su temperatura de fusión es a 1500 ºC.

El caso del carbono, que permite que Haya dos estructuras diferentes, como es el caso del carbón y del diamante

La importancia de esto es que si el hierro es calentado, cambia drásticamente su volumen, achicándose.

Otros Ejs.: Azufre, Estaño, Cloruro de cesio, Sulfuro de zinc

Comparación expansión sólidos polimorfos y no polimorfos