Los Arreglos atomicos de los materiales PDF

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Los arreglos que reciben los materiales en sus estructuras atomicas modificando la estructura y sufriendo cambios bastante bruscos en su interior...

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE HUATABAMPO INGENIERIA MECATRONICA MATERIA: CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES PROFESOR: ANDUAGA VERDUGO ROSARIO EUGENIO TEMA: ARREGLOS ATOMICOS Y IONICOS ALUMNO: JESUS IGNACIO COTA AMEZQUITA FECHA: 26/01/2022

Arreglos Atómicos: El arreglo atómico juega un importante papel en la determinación de la microestructura y en el comportamiento de un material solido. Se refiere a la disposición espacial de los átomos en un material. Carentes de orden: Si recordamos el concepto de gas monoatómico, como aquel que cuyos átomos no están unidos entre sí, como el argón (Ar) o el plasma que se forma en un tubo de lu z fluorescente, podemos observar que los átomos o los iones no tienen arreglo ordenado. Estos materiales llenan todo el espacio disponible en la superficie que los contiene. Orden de corto alcance Cuando el arreglo especial de los átomos sólo se extiende en su vecindad inmediata, el material tiene un orden de corto alcance (SRO). En los vidrios inorgánicos se observa esta peculiaridad. Muchos polímeros muestran también arreglos atómicos de corto alcance. Orden de largo alcance: El arreglo atómico de largo alcance (LRO) abarca escalas de longitud mucho mayores de 100 nanómetros. Los átomos o los iones en estos materiales forman un patrón regular y repetitivo, semejante a una red en tres dimensiones. De ahí se derivan los materiales cristalinos. Cuando un material cristalino está formado de un solo cristal grande, se le llama monocristal. La mayoría de los metales y aleaciones, los semiconductores, los cerámicos y algunos polímeros tiene una estructura cristalina donde los átomos o iones muestran este tipo de alcance de extensiva longitud. Los policristalinos están formados de pequeños cristales y cuantiosos orientados diversamente con respecto al espacio. Cristales líquidos Estos materiales, básicamente poliméricos, tienen un orden especial. En función de diferentes estados pueden comportarse como materiales amorfos, en semejanza a los líquidos. Cuando se someten a cargas eléctricas, como un tipo de estímulo externo, algunas moléculas de polímero se alinean y forma pequeñas regiones que son cristalinas. Materiales Amorfos Los materiales amorfos son caracterizados por el orden de corto alcance, no son cristalinos. El arreglo periódico que caracteriza a la mayoría de los materiales les ayuda a estabilizarse termodinámicamente. Sin embargo, los materiales amorfos carecen te esta particularidad, y tienen a formarse cuando por una u otra razón, la cinética del proceso de obtención de los mismos no permite la formación de los arreglos periódicos. Así por ejemplo, los vidrios, principalmente formados por cerámicos y poliméricos, son

materiales amorfos. Algunos geles poliméricos también pueden considerarse amorfas. La mezcla inusual de sus propiedades arroja átomos irregularmente repetidos en su composición. En el caso particular, el vidrio de silicato usado comúnmente en automóviles y en ventanas, es obtenido mediante el proceso de vidrio de flotado. Se funden varios ingredientes: sílice, alúmina y óxido de sodio (carbonato de sodio, realmente) en un baño de estaño. Se agregan otros óxidos para regular el proceso de fundición. Por ejemplo, si se somete el vidrio de silicato a altas temperaturas, durante largo tiempo, ascendentes a 1000ºC por ejemplo, pequeñas porciones del vidrio empiezan a cristalizarse formando dispersiones de luz y perdiendo así la transparencia. El proceso puede llegar a la fractura tras la organización de los cristales diminutos. A este proceso se le llama cristalización, y puede controlarse. La nuclearización de cristales ultrafinos en vidrios amorfos produce vitrocerámicas, que son materiales muy cristalinos y resistentes. Sin embargo, la propiedad especial que diferencia a las vitrocerámicas de los vidrios es el aumento en la dificultad de fractura. Al igual que los vidrios inorgánicos existen muchos plásticos amorfos, algunos con ligeras porciones de materiales cristalinos. El tereftalato de polietileno PET es usado en la conformación de botellas de bebidas gaseosas que se obtienen mediante el moldeado por soplado y estirado. Este proceso consiste en la aplicación de esfuerzos mecánicos a la preforma de la botella para inducir la cristalización. Lo que a su vez aumenta la resistencia de las mismas. Mediante la solidificación rápida se pueden obtener, conocida la dificultad otorgada en a a la tendencia de los metales a formar materiales cristalinos, vidrios metálicos, a bajísimas temperaturas con respecto a la velocidad del evento. La tendencia de los átomos en estos materiales será hacia la organización que garantice el equilibrio, tratarán de formarse periódicamente a través de la cristalización. Y se logra aplicando una fuerza motriz adecuada. E el caso del vidrio de silicato, puede conseguirse a través de la temperatura, en el caso del polímero PET termomecánicamente, o eléctrica, como en polímeros de cristales líquidos. Las aplicaciones tecnológicas de estos materiales resultan muy ventajosas. Redes, celdas unitarias, bases y estructuras cristalinas Una red describe el arreglo de los átomos o iones a lo largo de un material. Es una colección de puntos, llamados puntos de red, ordenados en un patrón periódico de modo que los alrededores de cada punto de la red son idénticos. Puede ser

unidimensional, bidimensional o tridimensional. Al grupo de uno o más átomos organizados en forma determinada entre sí, y a la vez asociados a un punto de red, se le llama motivo o base. Una estructura cristalina es la reunión de base y red. La red de un material se subdivide en pequeñas porciones, y se obtiene la celda unitaria, que conserva las características secuenciadas de toda la red, y que con ésta puede construirse toda la red. Los sistemas cristalinos son siete arreglos únicos que llenan el espacio tridimensional: cúbico, tetragonal, ortorrómbico, romboédrico, hexagonal, monoclínico y triclínico. Cantidad de átomos por celda unitaria En forma particular, la celda unitaria se define con una cantidad específica de puntos de red. Los vértices de las celdas son fácilmente identificables y las posiciones centrada en el cuerpo (que está en el centro de la celda), centrada en las caras (que está en los centros de los seis lados de la celda). Una vez se cuenta la cantidad de puntos de red que pertenecen a cada celda, se debe tener presente que ese punto a su vez, puede estar compartido por más de una celda unitaria. Un punto de red en un vértice de una celda unitaria está compartido a su vez por ocho celdas. Sólo un octavo de cada punto de red en un vértice pertenece a determinada celda unitaria. Esto se lee cómo que existe un punto de red (átomo en el vértice) por cada celda unitaria, dado los ocho vértices de una celda y la distribución octagésima del punto compartido de un punto de red (átomo). Un átomo centrado en la cara de dos celdas unitarias, está compartido por éstas dos. Un átomo en un vértice es compartido por ocho celdas unitarias contiguas que se unen en el mismo punto, atendiendo al largo alcance, pero finito, de la organización de los átomos a través de un material. Para determinar la cantidad de puntos de red por celda en los sistemas cristalinos cúbicos supondremos que sólo existe un átomo por cada punto de red. Relación entre radio atómico y los parámetros de red Para explicar esta relación utilizaremos un ejemplo que implica vincular al radio atómico y el parámetro de red en las estructuras SC, BCC y FCC, caundo se tiene un átomo en cada punto de red. Suponiendo que los átomos estan uno al lado del otro en una estructura, es decir que no existe espacio entre ellos y sus radios son tangentes uno al otro, de modo que se tocan a lo largo de la arista del cubo en una estructura SC, entonces, los átomos de los vértices tienen su centro en éstas aristas. De este modo la longitud de una arista está dada en relación con el radio de los átomos, como sigue:

a=2r donde a es la longitud de una arista, y r es el radio del átomo. En las estructuras BCC, los átomos se tocan a través de la diagonal del cuerpo. El átomo en el cen tro de la celda tiene un diámetro de 2r, que se le sumará a la mitad de los diámetros (radios) de los extremos. Es decir tendremos: (2r) +( 1r )+( 1 r)= 4r. Esta es la longitud de la diagonal completa que atraviesa la celda unitaria, que debe ser igual al la raíz de tres por la longitud de de la arista. Despejando como se muestra obtenemos la longitud de una arista de una estructura BCC en relación con el radio de sus átomos. En las estructuras FCC, los átomos se tocan a lo largo de la diagonal de la cara del cubo, cuya longitud es la raiz cuadrada de dos por la longitud (a) de la arista. De este modo, en la iguald obtenemos que la longitud en función del radio atómico de una FCC es a= 4r/sqrt(2)....