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8/20/2019 ESTRUCTURAS (Enlaces-EC) Tec d Materiales 2003-1
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Tecnología deMateriales
TEMA 1: ESTRUCTURA(Enlaces-Estruc. cristalina)
ING. ANAHÍ SANTELIZ
8/20/2019 ESTRUCTURAS (Enlaces-EC) Tec d Materiales 2003-1
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2ANAHÍ SANTELIZ
Carac-terísticas
Estructura
Átomos
Elementos químicos
Materia
Para el desarrollo de nuevos materiales y su selección esnecesario comprender la estructura atómica
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Estructura Atómica3ANAHÍ SANTELIZ
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4ANAHÍ SANTELIZ
El átomo como un todo se considera eléctricamente neutro porque
la cantidad de protones = cantidad de electrones
Estructura Atómica
Es la masa de un mol de átomos del elemento.
La masa del átomo está mas que todo en el núcleo.
Peso o masaAtómica :
Un mol = 6,02x1023
átomos o moléculas (Nº de Avogadro)
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ANAHÍ SANTELIZ 5
Número Atómico Cantidad de protones en el núcleo del átomo
.
Ejemplos:Un mol de átomos de Fe contiene 6,02x1023 átomos y tiene unamasa de 55,847g (peso atómico)
Un mol de átomos de C contiene 6,02x1023 átomos y tiene unamasa de 12,01g (peso atómico)
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ANAHÍ SANTELIZ 6
Isótopos de un elemento químicoÁtomos con igual N° atómico y diferente peso atómico(por variación en la cantidad de neutrones del núcleo)
Isótopos del átomo de hidrógenoPeso atómico del elemento: promedio de los isotopos posibles
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Configuración electrónica
7ANAHÍ SANTELIZ
Estructura atómica del sodio, N° atómico 11
La configuración electrónica de un átomo, describe como loselectrones están ordenados en los orbitales (niveles de energía) deun átomo
Configuración electrónica del sodio, N° atómico 11: 1s2 2s2 2p6 3s1
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8ANAHÍ SANTELIZ
Valencia de un átomo: cantidad de electrones queparticipan en enlaces o reacciones químicas con otroselementos, suelen ser los que están en las capasexternas no llenas de un átomo.
Mg: 1s2 2s2 2p6 3s2 Valencia = 2Al: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 Valencia = 3
Electronegatividad: es la capacidad de un átomopara ganar los electrones de enlace.
Los átomos electronegativos tienen sus nivelesexternos de energía casi llenos y aceptan electronescon facilidad para llenar esos niveles.
Los átomos electropositivos (baja electronegatividad),tienen sus niveles externos de energía casi vacios yceden sus electrones con facilidad.
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9ANAHÍ SANTELIZ
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Electronegatividad10ANAHÍ SANTELIZ
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TIPOS DE ENLACES ATÓMICOS
ANAHÍ SANTELIZ 11
Estructura cristalina: arreglo geométrico definido deátomos (sólidos verdaderos)
Importancia de los enlaces: La variación en las propiedades delos sólidos se debe al tipo de enlace que predomina en cada uno.
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Enlace metálico Elementos metálicos (estructura cristalina). Por ser electropositivos, ceden sus electrones de valencia para
formar una nube de electrones (conductora de corriente eléctricay de calor) con libre movimiento, donde los electrones de valenciano están asociados a un núcleo en particular.
ANAHÍ SANTELIZ 12
Ión: átomo con igual número atómico y diferente carga eléctrica.anión: ión cargado negativamente.catión: ión de carga positiva.
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Cada átomo al ceder sus electrones, forma un centro integrado
por el núcleo y los electrones internos, este centro es de carga
positiva porque cedió unos electrones, formando lo que se conocecomo catión.
ANAHÍ SANTELIZ 13
La unión metálica de los iones metálicos positivos se mantiene
debido a la atracción mutua con la nube electrónica (negativa).
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El metal sometido a deformación plástica puede
comportarse de una manera dúctil porque un
grupo de iones positivos rompen su enlace en
una posición y se deslizan a una nueva
restableciendo sus enlaces, esto es gracias a que
los enlaces metálicos no son direccionales.
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15ANAHÍ SANTELIZ
Hay una distribución compartida de electrones de valencia entre doso más átomos.
Se forman entre átomos con poca diferencia de electronegatividad.
Enlace covalente
Átomo de Si: tiene valencia 4, le faltan 4 electrones más para llenar sucapa externa de energía, lo logra compartiendo 4 de sus electronescon otros 4 de átomos de Si cercanos.
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16ANAHÍ SANTELIZ
No se forman iones
La fuerte atracción se da entre los núcleos positivos y
los electrones compartidos.
Debe existir una dirección específica (ciertos ángulos)
entre los enlaces, lo cual depende del material.
La ductilidad suele ser reducida por limitarse a ladirección de los enlaces.
La conductividad eléctrica en la mayoría no es alta
debido a que los electrones de valencia no están
disponibles, más bien están fijos en los enlaces con losátomos.
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Entre elementos electropositivos (metálicos), los cuales ceden
sus electrones de valencia, y elementos electronegativos (no
metálicos), los cuales aceptan electrones, produciéndose así
una transferencia de electrones.
ANAHÍ SANTELIZ 17
Enlace iónico
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18ANAHÍ SANTELIZ
Se genera una fuerte atracción electrostática entre los iones de
cargas opuestas
El compuesto que se forma tiene sus propias propiedades.El Na: metal altamente reactivo. El Cl: gas venenoso.
El compuesto NaCl (sal común) no es peligroso.
No es posible la conducción electrónica encontrada en los
metales.
Estos cristales tienden a romperse en vez de deformarse
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Enlace Van Der Waals
19ANAHÍ SANTELIZ
Un átomo neutro tiene su carga positiva (protones) en el núcleo y la
negativa (electrones) alrededor, pero al estar expuesto a un campoeléctrico interno o externo, se polariza
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Débil atracción eléctrica ( átomos neutros = gases inertes).
No existen electrones de valencia para formar los enlacesen una estructura cristalina
La fuerza que se genera es producto de la polarización de
sus cargas eléctricas.
Las fuerzas de Van der Waals entre átomos y moléculas
tienen gran importancia para determinar la tensión
superficial y punto de ebullición de los líquidos.
ANAHÍ SANTELIZ 20
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21ANAHÍ SANTELIZ
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22ANAHÍ SANTELIZ
A los tres primeros se les llama enlaces primarios, estos son unionesrelativamente fuertes. Los enlaces de Van der Waals se conocencomo secundarios.
La energía de enlace es la energía mínima que se requiere paraformar o romper un enlace
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Los materiales con enlaces de alta energía suelen tener
resistencia y temperatura de fusión altas. Mayormente, los materiales presentan una mezcla de dos o más
tipos de enlaces (Fe presenta enlaces metálicos y covalentes).
Los compuestos formados por dos o más metales pueden
presentar enlaces metálicos e iónicos, sobre todo cuando hay altadiferencia en sus electronegatividades.
Las combinaciones de elementos metálicos y no metálicos
(cerámicos y semiconductores) presentan enlaces iónicos y
covalentes
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Energía Interatómica (interna)
ANAHÍ SANTELIZ 25
Eo= Energía de Enlace
Distancia Interatómica (ro): distancia entre los centrosde dos átomos en la condición de equilibrio
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ESTRUCTURAS
ANAHÍ SANTELIZ 26
Solidificación
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ESTRUCTURA CRISTALINA (EC)
ANAHÍ SANTELIZ 27
Arreglo geométrico de los átomos en estado sólido formando una
red regular y repetible (formación de cristales)
Monocristal: un solo cristal
Policristal: muchos cristales con
orientaciones distintas.
Cada cristal se conoce como grano ylos bordes entre los cristales, donde
estos se encuentran, son los límites
de grano.
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28ANAHÍ SANTELIZ
Red espacial: es la red tridimensional delíneas imaginarias que conecta los átomoscon idénticos alrededores.
Celda unitaria de una EC: es la unidad más pequeña deátomos que tiene la simetría total del cristal y cuando se repiteforma la red cristalina.
Los átomos pueden representarsecomo un punto o más
exactamente como una esfera.
PARÁMETROS DE LA CELDAUNITARIA
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http://slidepdf.com/reader/full/estructuras-enlaces-ec-tec-d-materiales-2003-1 29/44Redes de Bravais29ANAHÍ SANTELIZ
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Sistemas Cristalinos
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EC comunes
31ANAHÍ SANTELIZ
BCC (cúbica centrada cuerpo)
FCC(cúbica centrada caras)
HCP(hexagonal compacta).
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BCC
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a : Constante reticular
R ó r : Radio atómico
,
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33ANAHÍ SANTELIZ
FCC
2/4 r a 222
4 aar
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35ANAHÍ SANTELIZ
HCP
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BCC
37ANAHÍ SANTELIZ
Átomos por celda unitaria:
2 átomos
N° de coordinación :
N°
de vecinos mas cercanosque posee un átomo en la red. 8
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FCC
38ANAHÍ SANTELIZ
Átomos por celda unitaria: 4 átomos
N°
de coordinación : 12
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39ANAHÍ SANTELIZ
¿Cuál EC es más densa o compacta?
Factor de empaquetamiento (F) :Fracción del volumen de cada celda que está ocupada por átomos
3
aV CELDA
33
3
16
3
44 r r V
ATOMOS
CELDA
ATOMOS
V
V F
FCC : 2/4 r a Y
74.0
2
4
3
16
3
3
r
r
V
V F
CELDA
ATOMOS
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40ANAHÍ SANTELIZ
Demostrar que
BCC : 68.0 F
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HCP (2 átomos/celda, N° Coord. 12)
ANAHÍ SANTELIZ 41
La verdadera celda unitaria essólo la porción mostrada conlíneas gruesas, por tanto el
prisma hexagonal contienedos celdas unitarias
completas y dos mitades
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Propiedades de la estructura cristalinade algunos metales.
ANAHÍ SANTELIZ 42
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Densidad teórica de un material.
43ANAHÍ SANTELIZ
Se basa en las propiedades de la EC del material. No contempla los defectos del material y se asumen átomos de
igual clase.
Determinar la densidad del hierro BCC, cuyo parámetro de red es0,2866nm
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