ARREGLOS ATÓMICOS Y IÓNICOS MATERIALES AMORFOS

Todo material que solo muestra ordenamiento de átomos o iones de corto alcance es un material no cristalino o amorfo el arreglo especial de los átomos solo se extiende a su vecindad , cada molécula de agua debido a los enlaces covalentes entre los átomos de H2 y O2 ,cada átomo de oxígeno está unido a 2 átomos de H2 formando 104,5°, sin embargo las moléculas de agua en el vapor no tiene arreglo especial con respecto a sus posiciones mutuas . Como el caso de los gases monoátómicos,(Ar) llenan todo el espacio disponible , es decir sin orden.

Ej. Los vidrios

MATERIALES CRISTALINOS

En la mayoría de los metales y aleaciones, los semiconductores ,los cerámicos y algunos polímeros tienen una estructura cristalina donde los átomos o iones muestran orden de largo alcance el arreglo atómico especial abarca escalas de longitud mayores de 100 nm , los átomos o los iones forman un patrón regular y repetitivo semejante a una red en tres dimensiones Ejemplo chips de computadora monocristales de Si

• Un material policristalino está formado por muchos cristales pequeños con diversas orientaciones en el espacio, estos cristales más pequeños se llaman granos, los bornes entre los cristales diminutos donde están desalineados entre si, se llaman límites de grano. Ejemplos microestructuras de aceros

• Muchas de las propiedades de los materiales policristalinos dependen de las propiedades físicas y químicas de los granos y de los límites de grano.

• Las propiedades de los materiales monocristalinos dependen de su composición química y de las direcciones especificas dentro del cristal y se las puede detectar y medir con técnicas como la difracción de Rx o difracción de electrones.

CRISTALES LÍQUIDOS• Son materiales poliméricos que tienen un orden

especial en cierto estado los polímeros del cristal líquido se comportan como materiales amorfos( semejantes a líquidos) , sin embargo se les aplica un estímulo externo (campo magnético o cambio de temperatura) algunas moléculas del polímero se alinean y forman pequeñas regiones que son cristalinas de ahí el nombre de cristales líquidos.

• Una de sus aplicaciones LCD.

Materiales amorfos • Son aquellos que solo muestran ordenamiento de

átomos o iones de corto alcance.• Los materiales amorfos tienden a formarse cuando

por una u otra razón la cinética del proceso de obtención no permitió la formación de arreglos periódicos.

• Los vidrios que normalmente se forman en sistemas cerámicos y poliméricos son ej de mat. Amorfos.

REDES, CELDAS UNITARIAS, BASES Y ESTRUCTURAS CRISTALINAS

• Una red es una colección de puntos ordenados en un patrón de modo que cada punto de la red sea idéntico

• Un grupo de uno o mas átomos ubicados en forma determinada entre si y asociados con cada punto de red se llama motivo motif o base

• Estructura cristalina: es red + base • La celda unitaria es la subdivisión de una red que

sigue conservando las características generales de toda la red

• Hay 7 arreglos únicos llamados sistemas cristalinos que llenan el espacio tridimensional .

• Los sistemas son :• CUBICO-TETRAGONAL- ORTORRÓMBICO-

ROMBOÉDRICO- HEXAGONAL-MONOCLINICO Y TRICLINICO

• Aunque existan estos 7 hay un total de 14 arreglos distintos de red siendo únicos y se llaman redes de Bravais.

• Muchos materiales pueden tener la misma estructura cristalina Ej El Cu, Ni, FCC

PARAMETROS DE RED

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Cantidad de átomos por celda unitaria • Cada una de las celdas unitarias se define con una

cantidad específica de puntos de red Ej.

• Así la cantidad de puntos de red de todas las posiciones en vértices de una celda unitaria es:

)1(8)8

1(

riaceldaunita

puntodered

celda

vértices

vértice

puntodered

• Desde el punto de vista matemático no se puede dividir un punto . Esto significa que el átomo que está en un punto de red se puede considerar como compartido entre celdas unitarias. Los vértices equivalen a 1/8 de un punto, las caras a ½ y la posiciones centradas en el cuerpo contribuyen con un punto.

• La cantidad de átomos por celda unitaria es igual al producto de la cantidad de átomos por punto de red por la cantidad de puntos de red por celda unitaria

Determinación de la cantidad de puntos de red en sistemas cristalinos cúbicos

• Ej. Calcule la cantidad de puntos de red por celda en los sistemas cristalinos cúbicos , si solo hay un átomo en cada punto de red, calcule la cantidad de átomos por celda unitaria.

• Para la celda unitaria cúbica simple, los puntos de red están en los vértices del cubo:

Punto de red/ celda unitaria = 8 vértices (1/8) =1

• En las celdas unitarias Cúbica Centrada en el Cuerpo ( BCC):

los puntos de red están en los vértices y en el centro del cubo.Punto de red/ celda unitaria = 8 vértices(1/8) + 1 centro (1) = 2

• En las celdas unitarias Cúbica Centrada en las Caras(FCC), los puntos de red están en los vértices y en las caras del cubo:

Punto de red/celda unitaria= 8 vértices(1/8) + 6 caras(1/2) = 4

Determinación de la relación entre el radio atómico y los parámetros de red

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Número de Coordinación

• Es la cantidad de átomos que tocan a determinado átomo o sea la cantidad de vecinos más cercanos a ese átomo en particular. Es una medida de qué tan compacto y eficiente es el empaquetamiento de los átomos. Para los sólidos iónicos, el número de coordinación de los cationes se define como la cantidad de aniones más cercanos.

• En las estructuras cúbicas que sólo contienen un átomo por punto de red , los átomos tienen un número de coordinación que se relaciona con la estructura de la red.

• Ej En la estructura cúbica se observa que cada átomo tiene un número de coordinación 6 , mientras que la BCC cada átomo tiene 8 vecinos más próximos. En la estructura FCC cada átomo tiene un número de coordinación de 12 que es el máximo.

Factor de empaquetamiento

• Es la fracción de espacio ocupada por átomos , suponiendo que son esferas duras que tocan a su vecino mas cercano. La ecuación es:

Factor de empaq= (cantid. Átomos /celda)(volumen átomos) / Volumen celda unitaria.

Cálculo del factor de empaquetamiento

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Estructura hexagonal compacta HCP

• Una forma especial de la estructura hexagonal ,la hexagonal compacta (HCP) .La celda unitaria es el prisma oblicuo que se muestra por separado.

• Esta estructura tiene un punto de red por celda, uno en cada uno de los 8 vértices del prisma pero con cada punto se asocian 2 átomos .Un átomo está en el vértice y el otro dentro de la celda unitaria en consecuencia la base es 2 .

Transformaciones alotrópicas y polimorfas • Los materiales que pueden tener mas de una

estructura cristalina se llaman alotrópicos , polimorfos o polimórficos

• Alotropía comportamiento para elementos puros• Polimorfismo se usa para los compuestos. Hay algunos de los metales que tienen mas de 1

estructura cristalina Ej. El Fe a baja temperatura tiene estructura BCC pero a > temp. se transforma en FCC, estas dan como resultado cambios en las propiedades y son la base de los TT .

Direcciones y planos en la celda unitaria • Coordenadas de puntos.- Las coordenadas se

escriben como las tres distancias y los números se separan por comas.

• Direcciones en la celda unitaria:Hay ciertas direcciones en la celda unitaria que tienen interés especial. Los Índices de Miller de las direcciones son la notación abreviada .

• El procedimiento para determinar los índices de Miller de las direcciones es el siguiente:

• 1.- Usar un sistema coordenado de mano derecha y determinar las coordenadas de 2 puntos que estén en la dirección.

• 2.- Restar las coordenadas del punto cola de las coordenadas del punto cabeza para obtener la cantidad de parámetros de red recorridos en la dirección de cada eje del sistema de coordenadas.

• 3.- Eliminar las fracciones y/o reducir los resultados obtenidos de la resta , hasta los enteros mínimos.

• 4.- Encerrar los nº entre corchetes .Si se produce un signo negativo representarlo con un raya sobre el número.

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