UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU

PROF: ING. ENCARNACION V. SANCHEZ CURI vicsancu5@yahoo.es

Ing. Encarnacin V. Snchez Curi

1

INDICE OBJETIVOS ESTRUCTURA CRISTALINA ARREGLOS ATMICOS Y INICOS ARREGLOS ATMICOS OPERACIONES GEOMTRICAS BSICAS REDES CRISTALINAS BRAVAIS REDES BRAVAIS DENSIDAD VOLUMETRICA DE UN CRISTAL DETERMINACIN DE NMERO DE TOMOS EN UN CRISTAL. LEY DE BRAGG

OBJETIVOS Describir a los materiales cristalinos y no cristalinos (amorfos). Conocer la disposicin de los tomos y iones de los slidos en el espacio e identificar los principales bloques componentes de los slidos. Describir la diferencia entre estructuras atmicas y estructura cristalina para los materiales slidos. Explicar por qu los plsticos no pueden tener una estructura 100% cristalina. Calcular las densidades de los metales que tienen estructuras cbicas centradas en el cuerpo y en las caras. Describir cmo aplicar el mtodo de difraccin de los rayos X para la caracterizacin de los materiales.

SLIDOS

CristalinosLos tomos y molculas presentan ordenamiento definido ANISOTROPIA. Tipos de Slidos Cristalinos:Tipos de cristal Partcula de la red Fuerzas de enlace Conductividad elctrica Inico Iones Electroestticas Malos (slidos) Buenos (lquidos) NaCl, KI CaCl2, etc. Covalentes tomos Electromagnticas Aislante excepto el grafito Diamante (C) Grafito (C) Azufre (S), etc Temperaturas altas de fusin altas y moderadas (Tf) diamante 3200C (Tf) grafito 3700C Molecular Molculas E. Dip-Dip Fuerzas London Malos Azcar (C12H22O11) CO2 (hielo seco), etc. Metlico Cationes y electrones Elctricas Buenos

Ejemplos:

Todos los metales

Propiedades fsicas

Temperatura de fusin Altas (Tf)

Tf bajas y moderadas

Tf altas y maderadas Tf hierro 1535C

Principios bsicos Principio del empaquetado compacto o factor de empaquetamiento:Los tomos tienden a rellenar el espacio de la forma ms eficiente.

Principio de simetra: Los tomos tienden a conseguir un entorno con la simetra mas alta. Principio de interaccin: Los tomos en la estructura cristalina tienden a rodearse de la mayor nmero de tomos posible vecinos con los cuales interacciona nmero de coordinacin.

ESTRUCTURA CRISTALINALos materiales cristalinos estn formados tomos mediante fuerzas de enlaces. Adoptan una forma geomtrica, segn el ordenamiento de sus tomos formando redes espaciales. Es un arreglo ordenado de tomos, molculas o iones que se repiten en tres dimensiones.

ARREGLOS ATMICOS Y INICOSLos arreglos permiten distinguir si los materiales son amorfos o cristalinos. Amorfos arreglos de corto alcance. Cristalinos arreglos de corto y largo alcance.

ARREGLOS ATMICOSLos metales estn formados por tomos. Los tomos se agrupan en el espacio en arreglos regulares formando estructuras tridimensionales. Los slidos pueden adoptar 14 estructuras posibles (redes de Bravais) Los metales cristalizan solo en tres estructuras: estructura cbica centrada en el cuerpo (BCC), estructura cbica centrada en la caras (FCC) y la estructura hexagonal compacta (HCP).

Estabilidad de la estructura cristalina Estructura cristalina energa libre debe ser mnima. Energa libre de Gibbs: G = U + PV TS Donde: G= energa libre P= presin V= volumen Mayor probabilidad de estabilizarse aquellas T=temperatura que se ordenan en forma ms compacta. S= entropa. Un mnimo de energa corresponde a un mnimo volumen.

CRISTALRED CRISTALINA : Agrupamiento de partculas ms sencillas dentro de un conjunto cristalino.CELDA UNITARIA: Est formada por: red ( caja, o estructura que se va a ir repitiendo por todo el cristal, que se delimita por vectores, que no tienen por qu ser perpendiculares, ni tener igual longitud), base (contenido de la estructura, que es siempre el mismo, colocado siempre en la misma posicin y orientacin respecto del origen de coordenadas de la red).

ContinuacinParmetro de red: tamao de red determina la periodicidad del cristal. En un cristal puede haber distintas periodicidades en cada eje del espacio. Dado el origen de coordenadas, es posible conocer la posicin de todos los tomos, dado que todos estn distanciados un nmero entero de veces el parmetro de red.

CONSTRUCCION DE LA FORMA MACROSCOPICA DE UN CRISTAL

Celda unitaria en tercera dimensin: PARALELEPIPEDO La celda unitaria es la unidad estructural ms pequea que da lugar a la forma macroscpica de un cristal

La regla de la mano derecha se utiliza para asignar las etiquetas de los ejes de una celda unitaria

Operaciones Geomtricas bsicas mediante las cuales pueden reproducirse estructuras homogneasEjes cartesianos en una celda unitariaz

y z

y

x

x

1. Traslacin Longitudes de una celda unitaria segn el eje de coordenadasz

y

c

b

xa

A las longitudes de cada uno de los ejes de la celda tambin se le llama unidad de traslacin.

Angulos entre los ejes de una celda unitaria

c

c

c

b

a

b

b

a a

Slidos cristalinos

ENLACES EN LAS ESTRUCTURAS CRISTALINAS

METLICOS

INICOS

MOLECULARES

Son no direccionales

Electrones de valencia se mueven libremente

Dureza y peso especficos moderados

Unidos en red tridimensional

cristales inicos Formados por especies cargadas Cationes y aniones distintos tamaos Puntos de fusin y ebullicin elevados. Conductividad trmica y elctrica son muy bajos. Elevada simetra. La longitud de las aristas del NaCl es el doble de los radios inicos de Na y Cl.

cristales covalentes tomos unidos en forma tridimensional enlaces covalentes. Poseen alta estabilidad y gran insolubilidad. Punto de fusin y ebullicin muy elevados. Los enlace covalentes fuertes en tres dimensiones contribuyen a la dureza particular del diamante.

cristales moleculares Los puntos reticulares estn ocupados por molculas fuerzas de Van der Waals y/o enlaces de hidrgeno. El retculo cristalino tiene una posesin fija ordenamiento interno del slido. Formadas por molculas covalentes discretas. El dixido de azufre posee molculas unidas predominantemente por la interaccin dipolo-dipolo. Hielo posee red tridimensional enlaces de hidrgeno intermoleculares.

cristales metlicos Estructura ms simple Punto reticular ocupado por un tomo del mismo metal. Los electrones de enlace se encuentran dislocalizados en todo el cristal. Distribucin de iones positivos inmersos en un mar de electrones de valencia dislocalizados.

REDES CRISTALINAS - BRAVAIS

Estructuras cristalinas de algunos metales

Redes de Bravais

DENSIDAD VOLUMETRICA DE UN CRISTALEstructura cristalina de celda unidad esfera rigida (atomos).

LA DENSIDAD DE UN CRISTALCalcular la densidad del oro cuya celda elemental es cbica de caras centradas. El peso atmico del oro es 197,0 u.m.a. y a = 4A.

Hallando los tomos totales en la celda unitaria (z):

http://www.slideshare.net/Bibillana/estadoy-propiedad-de-los-materiales

CALCULO DE LA DENSIDAD DE UN CRISTALCalculando la densidad del Oro:

La densidad ser:

DIFRACCION DE NEUTRONESLa difraccin de neutrones es usada para medir las distancias interplanares que hay en un cristal, usando las propiedades de onda de los neutrones.De esas distancias se deduce la estructura cristalina de la materia, o la disposicin de los tomos en estructuras cristalinas, minerales, sin = n/2a, n = 1, 2, 3, .. biolgicas u otras.

LEY DE BRAGG