REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA

“ANTONIO JOSE DE SUCRE”

AMPLIACIÓN GUARENAS

MECÁNICA

S.A.I.A

ESTRUCTURA ATÓMICA Y METÁLICA(METALURGIA)

Autor: Miguel Parada

Profesora: Ranielina Rondón

Guarenas, junio 2016

ESPECIFICAR LOS ELEMENTOS METÁLICOS EN CADA GRUPO SEGÚN LA TABLA PERIÓDICA

Grupo 1 (IA), Metales Alcalinos: Los metales alcalinos son aquellos que se encuentran en el primer grupo

dentro de la tabla periódica.

Con excepción del hidrógeno, son todos blancos, brillantes, muy activos, y

se les encuentra combinados en forma de compuestos. Se les debe guardar

en la atmósfera inerte o bajo aceite.

Los compuestos de los metales alcalinos son isomorfos, lo mismo que los

compuestos salinos del amonio. Este radical presenta grandes analogías con

los metales de este grupo.

Estos metales, cuyos átomos poseen un solo electrón en la capa externa,

son monovalentes. Dada su estructura atómica, ceden fácilmente el electrón

de valencia y pasan al estado iónico. Esto explica el carácter electropositivo

que poseen, así como otras propiedades.

Los de mayor importancia son el sodio y el potasio, sus sales son

empleadas industrialmente en gran escala.

Grupo 2 (IIA), Metales Alcalinotérreos: Se conocen con el nombre de metales alcalinotérreos los seis elementos

que forman el grupo IIA del sistema periódico: berilio, magnesio, calcio,

estroncio, bario y radio. Son bivalentes y se les llama alcalinotérreos a causa

del aspecto térreo de sus óxidos.

El radio es un elemento radiactivo.

Estos elementos son muy activos, aunque no tanto como los del grupo I.

Son buenos conductores del calor y la electricidad, son blancos y brillantes.

Como el nombre indica, manifiestan propiedades intermedias entre los

metales alcalinos y los térreos; el magnesio y, sobre todo, el berilio son los

que más se asemejan a estos.

No existen en estado natural, por ser demasiado activos y, generalmente,

se presentan formando silicatos, carbonatos, cloruros y sulfatos,

generalmente insolubles.

Estos metales son difíciles de obtener, por lo que su empleo es muy

restringido.

ESPECIFICAR LOS TIPOS DE ENLACE ENTRE LOS ÁTOMOS DE LOS ELEMENTOS

Existen dos tipos principales de enlaces:

Enlace iónico también denominado electrovalente: se establece en

átomos con diferencias marcadas en sus electronegatividades y se debe a la

interacción electrostática entre los iones que pueden formarse por la

transferencia de uno o más electrones de un átomo o grupo atómico a otro.

El enlace covalente: se establece cuando en los átomos no existen

diferencias marcadas de electronegatividad. En este caso se comparten uno

o más electrones entre dos átomos.

Aunque se habla de enlace iónico y enlace covalente como dos extremos,

la mayoría de los enlaces tienen al menos cierto carácter iónico y covalente.

Los compuestos que tienen enlace predominantemente iónico se conocen

como compuestos iónicos y los que tienen enlaces predominantemente

covalentes se conocen como compuestos covalentes, y sus propiedades se

rigen por el comportamiento de estos enlaces.

En el siguiente cuadro se resumen algunas de las propiedades asociadas

a los compuestos iónicos y covalentes:

Comparación entre los compuestos iónicos y compuestos covalentes:

Compuestos iónicos Compuestos covalentes

1. Son sólidos con puntos de

fusión altos (> 400 ºC ).

2. Muchos son solubles en

disolventes polares como el

1. Son gases, líquidos o sólidos,

con puntos de fusión bajos,

por lo general < 300 ºC .

2. Muchos de ellos son

agua.

3. La mayoría son insolubles en

disolventes no polares.

4. Los compuestos fundidos

conducen bien la electricidad

porque contienen partículas

móviles con carga (iones).

5. Las soluciones acuosas

conducen bien la electricidad

porque contienen partículas

móviles con carga (iones)

insolubles en disolventes

polares.

3. La mayoría es soluble en

disolventes no polares.

4. Los compuestos líquidos o

fundidos no conducen la

electricidad.

5. Las soluciones acuosas

suelen ser malas conductoras

de la electricidad porque no

contienen partículas con

carga.

Electronegatividad y polaridad de los enlaces: Como ya se mencionó la mayoría de los enlaces tienen cierto carácter

iónico y covalente. Dependiendo de la electronegatividad de los átomos que

conforman la unión se presentará una gama de enlaces que va desde los no

polares o covalentes puros hasta los muy polares o iónicos.

La tabla de electronegatividad de Pauling es un auxiliar importante para

analizar el tipo de enlace presente en un compuesto. En esta tabla se indica

desde el valor de electronegatividad más alto representado por el flúor (F)

que es 4 y el más bajo que es 0,7 representado por el Francio (Fr). Así la

mayor diferencia de electronegatividad que se puede presentar es de 4 – 0,7

= 3,3 y la mínima es 0 cuando se unen dos átomos de igual

electronegatividad.

Es así como basados en la electronegatividad de los átomos que se unen

se puede determinar el tipo de enlace:

El enlace covalente puro: se presenta en elementos de igual

electronegatividad. En este caso los electrones están igualmente

compartidos por los dos átomos. Como ejemplo se encuentran: H2 , Cl2 ,

O2 , N2 , F2 y otras moléculas diatómicas. Estas moléculas son de carácter

no polar; no hay formación de dipolos.

Enlace polar: se presenta entre átomos de diferente electronegatividad, el

enlace resultante es polar. Si la diferencia de electronegatividad es alta el

enlace es de tipo iónico, como ya se mencionó en los tipos de enlaces. Como

ejemplo se puede mencionar el enlace entre el carbono y el oxígeno para

formar el monóxido de carbono. El carbono y el oxígeno presentan diferente

electronegatividad la cual no es marcada ya que ambos son no metales, esto

permite que se forme un enlace covalente polar.

El cloro y el sodio cuando forman cloruro de sodio (NaCl) presentan una

diferencia de electronegatividad alta, debido a que uno es un metal (Na) y el

otro un no metal (Cl), el enlace que se forma es iónico.

Como regla general se plantea que cuando la diferencia de

electronegatividad entre los dos átomos es mayor de 1,7; el enlace presenta

un alto carácter iónico. Aplicando esta regla a los ejemplos citados

anteriormente: H2, CO y NaCl y estableciendo la diferencia de

electronegatividad tomando los valores para cada átomo a partir de la tabla

de Pauling, se tiene:

Enlace metálico: se produce cuando se combinan metales entre sí. Los

átomos de los metales necesitan ceder electrones para alcanzar la

configuración de un gas noble. En este caso, los metales pierden los

electrones de valencia y se forma una nube de electrones entre los núcleos

positivos.

El enlace metálico se debe a la atracción entre los electrones de valencia de

todos los átomos y los cationes que se forman. Este enlace se presenta en el

oro, la plata, el aluminio, etc. Los electrones tienen cierta movilidad; por eso,

los metales son buenos conductores de la electricidad. La nube de

electrones actúa como "pegamento" entre los cationes. Por esta razón casi

todos los metales son sólidos a temperatura ambiente.

INDIQUE LAS PROPIEDADES QUÍMICAS MÁS RESALTANTES DE LOS MATERIALES

Las propiedades características medibles son:Densidad: masa de un cuerpo por unidad de volumen

Punto de fusión: temperatura a la que el estado sólido y el estado líquido de

una sustancia se encuentran en equilibrio.

Punto de ebullición: temperatura a la que la presión de vapor de un líquido

se iguala a la presión atmosférica existente sobre dicho líquido.

Solubilidad: La solubilidad es una medida de la capacidad de una

determinada sustancia para disolverse en otra. Puede expresarse en moles

por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto; en algunas

condiciones se puede sobrepasarla, denominándose a estas soluciones

sobresaturadas. El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en

esta clase de soluciones es calentar la muestra. La sustancia que se disuelve

se denomina soluto y la sustancia donde se disuelve el soluto se llama

disolvente.

Las propiedades características no medibles son:Olor: es una propiedad intrínseca de la materia y se define como la

sensación resultante de la recepción de un estímulo por el Sistema Sensorial

Olfativo.

Sabor: es la impresión que nos causa un alimento u otra sustancia, y ésta

determina principalmente por sensaciones alucinógenas combinadas,

detectada por el gusto.

Textura: es la propiedad que tienen las superficies externas de los objetos,

así como las sensaciones que causan, que son captadas por el sentido del

tacto.

Brillo: es el resultante de la reflexión y la refracción de la luz en la superficie

de un mineral.

INDIQUE LOS TRES TIPOS DE PLANOS Y DIRECCIONES DE DESLIZAMIENTO EN LOS METALES Y SUS DIFERENTES ALEACIONES Un sistema de deslizamiento está definido por la combinación de un plano

que se desliza y la dirección en que se da su desplazamiento.

Estructura cúbica centrada en las caras (FCC): El deslizamiento en cristales cúbicos con centro en las caras ocurre en el

plano de empaquetamiento compacto, el cual es del tipo {111} y se da en la

dirección <110>. En el diagrama, el plano específico y su dirección de

deslizamiento son (111) y [110] respectivamente. Dadas las permutaciones

de los tipos de planos de deslizamiento y los tipos de dirección, los cristales

FCC tienen 12 sistemas de deslizamiento. En la red FCC, la norma del vector

de Burgers, b, que coincide con la mínima distancia entre dos puntos de la

red, puede ser calculada usando la siguiente ecuación:

Donde a es el parámetro de la celda unitaria.

Estructura cúbica centrada en el cuerpo (BCC): El deslizamiento en cristales BCC ocurre también en el plano de menor

vector de Burgers; sin embargo, a diferencia de en los FCC, no hay

auténticos planos de empaquetamiento compacto en las estructuras BCC.

Por consiguiente, un sistema de deslizamiento en BCC requiere calor para

activarse. Algunos materiales BCC (α-Fe por ejemplo) pueden contener

hasta 48 sistemas de deslizamiento. Existen seis planos de deslizamiento del

tipo {110}, cada uno con direcciones <111> (12 sistemas). Además, hay 24

planos {123} y 12 planos {112}, cada uno con una dirección <111> (36

sistemas, haciendo un total de 48) que, aunque no tienen exactamente la

misma energía de activación que los planos {110}, esta es tan cercana que

se pueden aproximar como equivalentes para todos los propósitos prácticos.

En el diagrama de la derecha, el plano de deslizamiento específico y su

dirección son (110) y [111], respectivamente.

Los metales elementales que se encuentran en la estructura BCC

incluyen al litio, sodio, potasio, vanadio, cromo, manganeso, hierro, rubidio,

niobio, molibdeno, cesio, bario, tantalio, tungsteno, radio y europio. Entre los

materiales compuestos con estructura cristalina BCC se encuentran los

haluros de cesio, a excepción del CsF.

Empaquetamiento hexagonal compacto (HCP): El deslizamiento en estos metales es mucho más limitado que en las

estructuras BCC y FCC. Esto ocurre porque existen poquísimos sistemas de

deslizamiento activos en estas estructuras. La consecuencia de esto es que

el metal es generalmente frágil y quebradizo.

Los metales cadmio, cinc, magnesio, titanio y berilio tienen un plano de

deslizamiento en {0001} y una dirección de <1120>. Esto define un total de 3

sistemas de deslizamiento según la orientación. No obstante, otras

combinaciones son posibles.

¿CUÁLES SON LAS FORMAS DE DISTORSIÓN MÁS COMUNES ENCONTRADAS EN LOS MATERIALES (DEFECTOS DE LA RED CRISTALINA)?Las imperfecciones se clasifican según su geometría y forma así:

Defectos puntuales o de dimensión cero.

Defectos lineales o de una dimensión llamados también dislocaciones.

Defectos de dos dimensiones.

DEFECTOS PUNTUALES VACANTE: Constituye el defecto puntual más simple. Es un hueco

creado por la pérdida de un átomo que se encontraba en esa posición.

DEFECTOS INSTERSTICIALES: Algunas veces, un átomo extra se

inserta dentro de la estructura de la red en una posición que

normalmente no está ocupada formando un defecto llamado “Defecto

intersticial”.

IMPUREZAS EN SÓLIDOS: Este defecto se introduce cuando un

átomo es reemplazado por un átomo diferente.

Otros defectos puntuales importantes son:

DEFECTO FRENKEL: Es una imperfección combinada Vacancia –

Defecto intersticial. Ocurre cuando un ion salta de un punto normal

dentro de la red a un sitio intersticial dejando entonces una vacancia.

DEFECTO SCHOTTKY: Es un par de vacancias en un material con

enlaces iónicos. Para mantener la neutralidad, deben perderse de la

red tanto un catión como un anión.

DEFECTOS DE LINEA (DISLOCACIONES) DISLOCACIÓN DE CUÑA: Se crea por inserción de un semiplano

adicional de átomos dentro de la red.

DISLOCACIÓN HELICOIDAL: Esta dislocación se forma cuando se

aplica un esfuerzo de cizalladura en un cristal perfecto que ha sido

separado por un plano cortante.

DISLOCACIONES MIXTAS: Con frecuencia los cristales exhiben

mezcla de las dislocaciones anteriores.

DEFECTOS INTERFACIALES O SUPERFICIALES (DOS DIMENSIONES) SUPERFICIE EXTERNA: Las dimensiones exteriores del material

representan superficies en las cuales la red termina abruptamente.

BORDES DE GRANO: Se puede definir como la superficie que separa

los granos individuales de diferentes orientaciones cristalográficas en

materiales policristalinos.

MACLAS: Una macla es un tipo especial de límite de grano en el cual

los átomos de un lado del límite están localizados en una posición que

es la imagen especular de los átomos del otro lado.

CALCULAR LA DENSIDAD DEL COBRE Y COMPARARLA CON LA DENSIDAD EXPERIMENTAL, SABIENDO QUE TIENE UN RADIO ATÓMICO DE 0,128 NM (1,28 Ä), ESTRUCTURA CRISTALINA FCC  Y UN PESO ATÓMICO DE 63,5 G/MOL. LA FÓRMULA PARA CALCULAR LA DENSIDAD ESTA ADJUNTA A ESTA TAREA.

Volumen:43πr

= 43

(3,14 )¿

= 43

(3,14 )¿

= 8, 75 x 10−24 cm3

Masa:63 ,5Gr /mol

6,02 x 1023 Atomos= 10,5 x 10−3Gramos

P = mV

Densidad del Cobre es 8, 96 GrCm3

P = 10 ,5 x10−23Gramos8 ,75 x 10−24Cm3

Hay una diferencia entre la densidad experimental y la densidad obtenida.P= 12 . Gramo / Cm 3

DE DOS EJEMPLOS DE POLIMORFISMO Y ALOTROPÍA Alotropía:1. A bajas temperaturas, el hierro tiene una estructura BCC, pero a

temperaturas más altas se conviene en estructuras FCC. Estas

transformaciones dan los fundamentos para el tratamiento térmico del

acero y el titanio.

2. el diamante (la estructura molecular es tridimensional) y el grafito (su

estructura es laminar plana) Este fenómeno se presenta sólo en los no

metales.

Polimorfismo:1. El par de minerales calcita y aragonita, ambas formas de carbonato de

calcio.

2. El azufre puede producir cristales monoclínicos de color amarillo

intenso (cuya forma recuerda en sus extremos la hoja de un formón) o

rómbicos de color ámbar (cristales cuya forma es la de un

paralelepípedo).

HAGA UN DIAGRAMA DE UNA CURVA DE SOLIDIFICACIÓN

Para la mayoría de las sustancias, la curva pT de equilibrio líquido-sólido

tiene pendiente positiva, es decir, las sustancias se contraen al solidificarse.

(figura 8).

UN CÚBITO DE HIERRO DE 1 CM DE LADO Y SABIENDO QUE LA DENSIDAD DEL HIERRO PURO ES DE 7,87 GR/CM3 Y EL PESO ATÓMICO ES 56 GR/MOL Y EL NÚMERO DE AVOGADRO EXPRESA QUE EN 1 MOL DE SUSTANCIA SE HALLAN 6,02 X 1023 ÁTOMOS. ¿CUÁNTOS ÁTOMOS CONFORMAN EL CUBITO DE FE?

P = N . AV . N

P = (V . N) = N . A

N = P (V .N )A

N = 7,87 GrCm3 ¿¿

N = 7 ,87 GrCm3 ¿¿

N = 84, 6025 x 1021 Á tomode Fe

N = 8, 46025 x 1022 Átomo de Fe