Materiales CristalinosLa estructura fsica de los materiales slidos de importancia en el diseo depende del ordenamiento de los tomos, iones o molculas que lo constituyen, y de las fuerzas de enlace entre ellos.

Materiales CristalinosSi los tomos o iones estn ordenados en un patrn que se repite en el espacio, forman un slido que tiene un Orden de Largo Alcance (OLA) al cual se llama slido cristalino. Ej: metales, aleaciones, algunos materiales cermicos

Materiales CristalinosExisten materiales cuyos tomos o iones no estn ordenados a largo alcance, peridico y repetible, y poseen nicamente Orden de Corto Alcance (OCA). Ej: agua lquida. Se los llama amorfos o no cristalinos.

El ordenamiento se puede describir representando a los tomos en los puntos de interseccin de una red tridimensional. Esta red se llama red espacial.Cada punto en la red espacial tiene un entorno idntico. La red puede describirse especificando la posicin de los tomos en una celda unitaria repetitiva. El tamao y forma de la celda puede describirse por tres vectores de la red a, b y c. Estas longitudes, junto con los ngulos interaxiales , y nos proporcionan la forma de la celda

Con distintas longtidudes axiales y ngulos interaxiales se pueden construir celdas unitarias de diversos tipos. Los cristalgrafos han demostrado que se necesitan siete tipos diferentes de celdas unitarias para crear todas las redes.Varios de los siete sistemas cristalinos presentan variaciones de su estructura bsica, totalizando 14 celdas unitarias segn la demostracin de Bravais

Principales Estructuras Cristalinas MetlicasLa mayora de los metales puros (aprox. 90%) cristalizan al solidificar en tres estructuras cristalinas compactas:Cbica Centrada en el cuerpo (BBC)Cbica Centrada en las caras (FCC) yHexagonal Compacta (HCP)Los slidos se empacan en estructuras compactas porque la energa es menor a medida que disminuye la distancia entre los tomos o iones.

Estructura cristalina cbica centrada en el cuerpo (BCC)En esta celda unitaria, cada tomo est rodeado por ocho vecinos ms prximos y se dice que su nmero de coordinacin es 8.Cada celda unitaria contiene 2 tomos

Es importante obtener una variable de esta celda, la arista del cubo en relacin con el radio del tomo, considerado como una esfera. Como en la diagonal de la celda hay dos esferas, o sea 4 radios, y esto es igual a 3 * a = 4 R, de donde puede despejarse a=4R/ 3A partir de este dato puede obtenerse el factor de empaquetamiento atmico (APF) que es el % de volumen ocupado en la celda por tomos.APF=(volumen de los tomos)/(volumen de la celda)APF (BCC) = 2*Vat/a3 = 2*(4/3)*R3/ 12,32 R3 = 0,68

Estructura cristalina cbica centrada en las caras (FCC)En esta celda unitaria, cada tomo est rodeado de 12 vecinos. Cada celda unitaria contiene 4 tomos.

Para este tipo de celda, se ve que en la diagonal de una de las caras tenemos 4 radios, y esta diagonal es:2 * a = 4 * R ; entonces a = (4*R)/ 2Si realizamos el clculo de APF, obtenemos un valor de 0,74; mayor que el 0,68 que se obtuvo para la estructura BCC. Este valor es el mximo que puede obtenerse con tomos esfricos. Ejemplos de esta estructura son el aluminio, cobre, plomo y nquel.

Estructura cristalina hexagonal compacta (HCP)Cada tomo est rodeado por 12 vecinos. Cada celda unitaria contiene dos tomos.Para este caso, el parmetro importante es la relacin entre la altura del hexgono (a) y su arista( c).El APF para este caso tambin es de 0,74

Comparacin de estructuras cristalinasLas estructuras HCP y FCC son compactas, ambas tiene un APF del 74%, pero no son idnticas, ya que hay una diferencia en el orden de apilamiento de los planos atmicos.Imaginemos las formas de apilar ms eficientemente objetos esfricos, ya que siempre quedan espacios libres. Ej: ver como se apilan las naranjas en una frutera.

La densidad volumtrica de un metal puede obtenerse utilizando la ecuacin:Densidad = = (masa/celda unitaria) / (volumen/celda unitaria).

Problema: el cobre tiene una estructura cristalina FCC y un radio atmico de 0,1278 nm. Considerando los tomos como esferas rgidas que se tocan entre s; calcule el valor terico de la densidad del cobre en en Kg/m3. La masa atmica del cobre es de 63,54 g/mol.Datos complementarios: volumen FCC = a3. a=4R/2. La celda tiene 4 tomos1 mol = 6,02 x 1023 tomos.