Resumenes Soluciones solidas y fases intermedias PDF

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Resumenes del tema relacionado con las solucionas solidas y las fases intermedias con imagenes explicativas...

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TEMA7: SOLUCIONES SOLIDAS Y FASES INTERMEDIAS (ALEACIONES) 1. INTRODUCCION Los metales o compuestos puros tienen aplicación limitada en la industria. Solo tienen interés en algunas aplicaciones en las que la pureza resulta fundamental. Si las impurezas reducen mucho alguna cualidad del material que puede ser útil a a industria, se usa el material puroLos cristales perfectos tienen pocas propiedades, salvo algunas particulares, las demás no suelen satisfacer las necesidades industriales. Además de que obtener materiales puros es complejo y caro, por eso la mayoría suelen aleaciones, es decir uniones o mezcla de otros elementos. El conjunto debe tener carácter metálico, por ello conductividad eléctrica y térmica, brillo metálico, algo de plasticidad etc. Otros elementos mezclados con un metal cambian la mayoría de las propiedades, para bien y para mal. Desde el punto de vista metálico, la aleación del material mejora la resistencia del metal ante cualquier perturbación, resistencia eléctrica, térmica etc. El efecto de cada elemento sobre un metal es muy variado y la cantidad necesaria para cambiar una propiedad también es muy variable. Las posibilidades para combinar los distintos elementos y formar aleaciones es muy grande, y la cantidad y el nuero de elementos también influye en la gran cantidad de materiales posibles, por tanto, se llega a abarcar un gran número de propiedades. Debido a este gran abanico de posibilidades, no todas pueden realizarse, sin embargo, hay muchas aleaciones comerciales que cubren la mayoría de necesidades del mercado. Las aleaciones son factibles si en la unión se produce una disminución de la energía del sistema. Si la unión no es negativa se formarían dos estructuras separados. La introducción de átomos de elementos extraños en una estructura cristalina ocurrir en metales y en óxidos para formar materiales cerámicos 2. CLASIFICACION Para que el material sea considerado una aleación el producto terminado debe tener una homogeneidad y mantener carácter metálico. Lo conseguimos partiendo de un líquido homogéneo. Dependiendo de las estructuras cristalinas respecto al metal base y según las posiciones que ocupan en la red tenemos distintos tipos de aleaciones y fases. Hay dos grandes grupos: Las soluciones sólidas y las fases intermedias. 3. SOLUCIONES SOLIDAS La clasificación depende de las estructuras resultantes de la unión y además se clasifican según la cantidad de elementos que participen en ellos, nosotros solo trabajaremos con binarios. Las soluciones solidas se producen cuando la red cristalina resultante en la que se mezclan los átomos es la misma que la de alguno de los elementos que forman la aleación. Se denominan soluciones por el parecido a las soluciones liquidas en las que el disolvente en este caso sería el que mantiene la red cristalográfica, -Soluciones solidas de sustitución: El disolvente conserva su red y los átomos del soluto sustituyen a los del disolvente en sus posiciones. Imaginamos esto para así obtener un comportamiento influido por los dos materiales. La red principal queda inalterada, aunque en ocasiones se pueden producir distorsiones en la estructura debido a la variación de tamaños en los átomos originales y sustitutos. Esto condiciona la cantidad de soluto que se puede sustituir sin romper la estructura. La solubilidad puede ser del 100% si las estructuras de ambos elementos son idénticas. (MgO, NiO etc.) Hay varios factores que favorecen este tipo de soluciones a) Factor tamaño: Es importante que las dimensiones de los solutos sean lo más parecidas posibles a las del átomo al que sustituye. Un tamaño muy distinto hace que se rompa la continuidad de la red. Hay que tener en cuenta que cada átomo tiene que estar a una distancia que le permita mantener el enlace, si el soluto es pequeño la red se cierra alrededor de este. A partir de una diferencia de tamaño del 15% entre los dos radios la solubilidad disminuye. b) Factor electroquímico: La formación de un sólido requiere que haya poca afinidad química entre los dos c) Factor temperatura: El aumento de esta favorece la solubilidad, ya que aumenta el parámetro de red, compensando el factor tamaño.

d) Factor valencia: La diferencia de valencias también influye. El número de electrones que se ceden depende de la valencia de los elementos que forman la aleación. Si el soluto tiene menos que el disolvente el número de electrones por ion en la red disminuye. En los cristales iónicos el cambio de valencia limita fuertemente la solubilidad. En los metales la solubilidad es mayor para un metal de valencia elevada en un disolvente de valencia baja. Cuando la valencia del disolvente es mayor que la del soluto, la solubilidad está más restringida. e) Factor estructura cristalina: La igualdad de estructuras favorece la solubilidad. La total solo se da, como ya hemos dicho antes, cuando los dos tienen la misma estructura. Teniendo en cuenta todos estos factores podemos estimar la solubilidad de un metal en otro. El factor tamaño desfavorable es suficiente para disminuir la solubilidad. - Soluciones solidas de inserción: ocurre cuando el átomo de soluto es tan pequeño que ocupa los huecos que hay en la red del disolvente, colocándose en estos. Debido al pequeño tamaño de los huecos solo puede formarse con solutos como el H, B, C, N. El pequeño tamaño de algunos solutos impediría la formación de soluciones mediante sustitución, sin embargo, el átomo todavía tiene la posibilidad de colocarse en algún hueco de la estructura (soluciones de inserción). Este tipo de soluciones están muy influenciadas por el tipo de red. La colocación del soluto depende del tamaño de los átomos con respecto al hueco, ya que se instala donde tenga más tangencia con el mayor número de átomos que forme el hueco. El tamaño del átomo que se coloca en el hueco puede ser mayor que este siempre que la distorsión sea pequeña. Recordemos que la red CCC es más densa, pero tiene huecos más grandes que la CC. La variación del comportamiento mecánico está más influenciada que en las de sustitución, los átomos intersticiales bloquean las dislocaciones aumentando la resistencia aun con poco soluto. 4. FASES INTERMEDIAS En los sistemas metálicos cuando la estructura resultante de la unión de dos solidos es distinta a la de la base, se le denomina fase intermedia. Cuando existen para una concentración fija se denominan compuestos intermetalicos. Las fases intermedias tienen ciertas propiedades características de los compuestos, aunque en conjunto tienen un carácter metálico mas o menos fuerte. Pueden existir mezclas de enlaces metálicos, covalentes e iónicos. En los óxidos aparecen otros compuestos con estructuras distintas a los componentes de la base. Las fases suelen tener características típicas de los compuestos: alto pto. de fusión, gran estabilidad, composición fija. Unos siguen las leyes de valencia química y otros no. También algunas propiedades son características de los enlaces iónico y covalente: poco o nada plásticos, frágiles y duros, alta resistencia, alta temperatura de fusión etc. Factores de los que dependen: - Compuestos de valencia: Entre metales con gran diferencia electroquímica y siguen las leyes de valencia. Enlace predominante el covalente, por lo que las propiedades suelen ser no metálicas. Elevada dureza, fragilidad y resistencia. Redes cristalinas muy complejas. - Compuestos intersticiales: La estabilidad se basa en el factor electroquímico, por tanto, se dan cuanto más electropositivo sea el metal y más electronegativo sea el otro elemento. El enlace que se da es el iónico y covalente, dándole alta resistencia, dureza y fragilidad. Existe un grado de resonancia del enlace que a veces les da aspecto de carácter metálico como el brillo o la conductividad. Se forman con metales de transición y H, C, N, B (se disponen en los intersticios). Se forman en los mismos sistemas que las soluciones solidas de inserción. Importante la cementita Fe3C - Compuestos electrónicos: En un estrecho margen de composiciones, teniendo gran parecido a las soluciones sólidas, formándose cuando estas pierden la solubilidad. Tienen una razón definida (21/14[CC en el cuerpo],21/13[Ccompleja],21/12[Hexagonal Compacta]) entre el nº de electrones de valencia al número de átomos. Metales como: Cu, Ag, Ni, Au aleados en otros como Zn, Al, Sn, Si, Mg etc. Las redes que adoptan dependen de la relación electrones/átomos.

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Son un tipo de compuestos muy similares a las soluciones sólidas, teniendo propiedades como alta ductilidad, poca dureza, margen de composición etc. Son las fases intermedias con mayor carácter metálico. Fases de Laves: Se basan en el factor tamaño y están formadas de forma que la composición y estructura les permita empaquetarse en una red tridimensional. Responden a la formula AB2. Se forman cuando la diferencia de tamaños del 22,5% Las aleaciones entre dos elementos pueden formar soluciones sólidas y/o una fase intermedia según las proporciones del soluto y del disolvente y la mayor o menor afinidad entre ellos. Las propiedades eran muy distintas unas de otras.

5. SOLUCIONES ORDENADAS En las soluciones solidas terminales o intermedias los átomos de soluto se distribuían aleatoriamente en la red, sin embargo, a veces tienen que colocarse en posiciones concretas por razones de estabilidad, formando una propia red dentro de la ppal. Cuando ocurre surgen las soluciones ordenadas y suele ocurrir cuando los factores de solubilidad no son favorables. Una diferencia grande de tamaño tiene menos influencia cuando los átomos se encuentran dispersos, un factor electroquímico elevado tiende a la separación al originar repulsiones entre los átomos de soluto, favoreciendo la ordenación de estos. Se forman SOLO en bajas temperaturas, ya que si la elevamos se reduce la influencia del factor tamaño y electroquímico, haciendo desaparecer la tendencia a la ordenación. Esta supone un cambio de las propiedades: a) Propiedades mecánicas: cambio en la resistencia a la deformación plástica, aumentándola. b) Propiedades eléctricas: aumenta la conductividad por la fácil propagación de los electrones por la ordenación...