Laura Quiceno Gil

Laura Martínez Vélez

Isabel Giraldo Florez

Asesor: Efrén Giraldo

Solidificación

Proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido

producido por una disminución en la temperatura.

Solidificación de metales

la solidificación de un metal o aleación puede dividirse en las siguientes etapas:

1. Formación de núcleos estables en el fundido (nucleación).

2. Crecimiento del núcleo hasta dar origen a cristales.

3. La formación de granos y microestructura granular.

Características del estado sólido

• Se da el enlace fuerte y el orden perdura en la distancia: orden de largo alcance.

• Posee volumen propio (poco compresibles).

• Posee forma propia.• Los átomos ocupan posiciones fijas.• Vibran en torno a posición de equilibrio y

experimentan movimientos discontinuos (responsables de la difusión)

CRISTALESTambién conocidos como granos

granos cristales

• un cristal es un liquido homogéneo que presenta una estructura interna ordenada de sus partículas reticulares, sean átomos, iones o moléculas. La palabra proviene del griego crystallos, nombre que dieron los griegos a una variedad del cuarzo, que hoy se llama cristal de roca.

• En un cristal, los átomos e iones se encuentran organizados de forma simétrica en celdas elementales, que se repiten indefinidamente formando una estructura cristalina. Un cristal suele tener la misma forma de la estructura cristalina que la conforma.

• Del estudio de la estructura, composición, formación y propiedades de los cristales se ocupa la Cristalografía.

• En el transcurso de su crecimiento dentro de la masa líquida, los cristales empiezan a entrar en contacto, lo que impide la formación de cristales geométricamente correctos, por consiguiente, después de la solidificación completa, la forma exterior de los cristales formados adquiere un carácter casual. Tales cristales se denominan granos y los cuerpos metálicos, compuestos de un gran número de granos, se denominan policristalinos.

CRISTALIZACION

• Es el proceso mediante el cual se separa un componente de una solución liquida

transfiriéndolo a la fase sólida en forma de cristales.

http://es.youtube.com/watch?v=8F3Bh0n-w6c&feature=related

SISTEMAS CRISTALINOS

• SISTEMA CUBICO:Se forman cristales de forma cúbica , manifiestan tres ejes en ángulo

recto con aristas de igual magnitud que forman seis caras del cubo ejem: cristales de oro , plata , cloruro de sodio.

SISTEMAS CRISTALINOS

• SISTEMA TETRAGONAL:Forman cuerpos con tres ejes en el espacio en Angulo recto , con dos

de sus aristas de igual magnitud , hexaedros con cuatro caras iguales ejem: oxido de estaño.

SISTEMAS CRISTALINOS

• SISTEMA ORTORROMBICO:

Presentan tres ejes en ángulo recto pero ninguna de sus aristas son iguales ejem: azufre , nitrato de potasio. Etc

SISTEMAS CRISTALINOS

• Sistema moniclinico:

Presenta tres ejes en el espacio , pero solo dos en angulo recto , con ninguna arista igual como el caso del borax y la sacarosa.

SISTEMAS CRISTALINOS

• Sistema triclínico:

Presenta tres ejes en el espacio , ninguno en ángulo recto con ninguna arista igual como la cafeína.

SISTEMAS CRISTALINOS

• Sistema hexagonal:

Presenta cuatro ejes en el espacio , tres de los cuales son coplanares en ángulos d 60 º y el cuarto en ángulo recto como los son zinc ,

cuarzo , magnesio.

SISTEMAS CRISTALINOS

• Sistema romboédrico:

Presentan tres ejes de ángulo similar entre si , pero ninguno es recto , y aristas iguales como arsénico ,

carbonato de calcio. Etc.

Estructura cristalina o amorfa

Forma como se enlazan los átomos entre ellos al pasar del estado líquido al sólido, formando ordenamientos o figuras geométricas espaciales repetitivos o no, lo cual se denomina cristalina si el arreglo se repite y amorfa en el caso contrario

Amorfa Cristalina

Sistemas cúbicos

Cúbico simpleCúbico de cuerpo

centradoCúbico de cara

centrada

1. a=b=c2. α=β=θ=90º

Tres formas cristalinas

z

y

x

α β

θ

a

c

b

1. Cúbico simple (CS)

http://es.youtube.com/watch?v=Yy2NianhnBs&feature=related

Geometría del cubo

d D

(a)(a)

aa

a

a a

a

aa

a

d = a + a

d = 2 a

d = a 2

2 2 2

2 2

d

a

D = (a 2 ) + a

D = 2 a + a

D = 3 a

D = a 3

22

2

22 2

22

2. Cúbico de cuerpo centrado (CCC)

http://es.youtube.com/watch?v=b0ASB2gk1t8&feature=related

3. Cúbico de cara centrada (FCC)

http://es.youtube.com/watch?v=FygrpuHoLH4&feature=related

hexagonal

Factor de empaquetamiento atómico (FEA)

FEA:# de átomos por celda x volumen de 1 átomo

Volumen de la celda

d D

(a)(a)

aa

a

a a

a

aa

a

d = a + a

d = 2 a

d = a 2

2 2 2

2 2

d

a

D = (a 2 ) + a

D = 2 a + a

D = 3 a

D = a 3

22

2

22 2

22

FEA cúbico simple

FEA=1 x 4/3 π r³

a³

FEA=

ra

a = 2r

1 x 4/3 π r³

(2r)³=

4 π r³

3 x 8 r³

FEA=π

6= 0.52 x 100 = 52%

Vacío = 48%

FEA cúbico de cuerpo centrado

FEA=2 x 4/3 π r³

a³

FEA=

a 3 = 4r

2 x 4/3 π r³

( 4r / 3 )³

2 x 4 π r³ x 3 3

3 x 4x4x4 r³

FEA= π 38

= 0.68 x 100 = 68%

Vacío = 32%

=

D= a√3

r

r

2r

FEA cúbico de cara centrada

FEA=4 x 4/3 π r³

a³

FEA=

a√2 = 4r

4 x 4/3 π r³

(4r / √2)³

4 x 4 π r³ x 2√2

3 x 4x4x4 r³

FEA=π√2

6= 0.74 x 100 = 74%

Vacío = 26%

r

2r

r

d= a √2

=

Solidificacion

• Cuando un material pasa del estado líquido al sólido puede ocurrir que el material comience a solidificar en diferentes puntos y forme algo como lo siguiente:

PROCESO DE FORMACIÓN DE GRANOS O CRISTALES

• CCada región será un grano o cristal y lo que separa a cada una de ellas es el límite de grano, que es una región de desarreglo atómico o defecto

Granos o Cristales, Límites de grano

Monocristales yPolicristales

Presenta una fuerte interacción entre sus componentes los cuales describen una mínima oscilación con poca energía potencial. Las partículas están dispuestas de acuerdo a un orden en el espacio que está determinado de acuerdo con una red estructural formada por la "recreación" geométrica de la celdilla unitaria en toda la estructura del sólido.

policristales

los policristales formados por muchos granos (granos que son monocristales

anisótropos*), pueden ser considerados, en promedio, como isótropos**

* Los minerales anisótropos (cristales anisótropos) son aquellos que presentan más que un índice de refracción de la luz en función de la dirección de vibración (Polarización) de las ondas luminosas.

** Los minerales isótropos (cristales isótropos) son aquellos que presentan igual índice de refracción en todas las direcciones.

Particularmente cuando la estructura de un policristal está recocida, se pueden tener granos con las siguientes tres características de estos:

• Finos

• De forma equiaxial

• Con orientaciones cristalinas al azar

POLIMORFISMO

• Es la capacidad que tiene un compuesto para cristalizar es mas de una estructura cristalina por ejemplo el carbono que puede existir en forma de grafito y también como nanotubo.

ALOTROPIA

• Es la capacidad de un material de existir en mas de un tipo de red espacial. Si el cambio estructural es reversible entonces el cambio se conoce como alitropia.

IMPERFECCIONES

• Relativas a su extensión:

Es su propia limitación , es decir esta limitado por caras y ángulos.

• Relativas a su composición:

• Los minerales no suelen ser sustancias puras , su composición determina las reglas geométricas fijas

IMPERFECCIONES

• Relativas a su integridad estructural:El cristal requiere una continuidad perfecta de red cristalina

, la integridad sufre cuando se rompe esta red .

Relativas a su dinámica:El cristal es un medio dinámico y su entorno la naturaleza ,

también lo es y como tal puede sufrir procesos de corrosión , cambios de fase.

IMPORTANCIA DE LA CRISTALIZACION EN LA

INDUSTRIA

• La cristalización es importante como proceso industrial por los diferentes

materiales que son y pueden ser comercializados en forma de cristales. Su

empleo tan difundido se debe probablemente a la gran pureza y la forma atractiva del producto químico sólido, que se puede obtener a partir de soluciones

relativamente impuras en un solo paso de procesamiento.

•Se puede decir que la cristalización es un arte, dando a entender que la realidad técnica es sobrepasada en ocasiones por todos los factores empíricos que están involucrados en la operación.