TEMA 2: ESTRUCTURA CRISTALINA Y AMORFA. IMPERFECCIONES.
ESTRUCTURA CRISTALINA Y AMORFA. IMPERFECCIONES. ESTRUCTURA ATÓMICA. ESTRUCTURA CRISTALINA IMPERFECCIONES CRISTALINAS.
ESTRUCTURA ATÓMICA
ESTRUCTURA ATÓMICA. Las propiedades y el comportamiento de un material son consecuencia de su estructura. La estructura a nivel atómico, cristalino y granular condicionan el comportamiento de los materiales. El conocimiento detallado de estas estructuras son la base de la denominada Ciencia de Materiales.
INTRODUCCIÓN ESTRUCTURA ATÓMICA. ENLACES QUIMICOS. Los átomos en este estado están en condiciones más estables de energía que al estar separados. ENLACES. Fuerzas interatómicas que mantienen unidos a los átomos: a) ENLACES PRIMARIOS b) ENLACES DÉBILES SECUNDARIOS Y MOLECULARES.
INTRODUCCIÓN ESTRUCTURA ATÓMICA. ENLACES PRIMARIOS: Las fuerzas interatómicas son relativamente grandes. -Enlace Ionico: -Transferencia de electrones de un átomo a otro y posterior atracción electrostática de los iones formados. - Es un enlace fuerte y no direccional. -Enlace Covalente: -Compartición de electrones de valencia, de forma que tratan de completar los átomos de su última capa. -Enlace fuerte y direccional -Enlace Metalico: - Agrupación de los átomos compartiendo su nube electrónica - Enlace no direccional y relativamente fuerte
INTRODUCCIÓN ESTRUCTURA ATÓMICA. ENLACES SECUNDARIOS: -Dipolos : -Son enlaces intermoleculares débiles. -Enlaces fluctuantes: -Enlaces muy débiles que tienen lugar debido a la distribución asimétrica de la nube electrónica de los átomos. -Cambian de dirección continuamente con el tiempo
ENLACES IONICOS. -Sólidos Iónicos: -Baja conductividad eléctrica pues la conducción ha de ser por iones lo que dificulta su movimiento. -Frágiles, no permiten desplazamiento de los iones pues se rompería la neutralidad de carga local y tenderían a separarse los iones entre si.
ENLACE COVALENTE. -Entre átomos muy próximos en la tabla periódica y con poca diferencia de electronegatividad, o entre átomos del mismo elemento. -Los electrones "s" y "p“ se comparten con otros átomos de manera que completen la configuración electrónica de cada uno de ellos.
ENLACE COVALENTE.
ENLACE COVALENTE.
ENLACE METÁLICO. - Cesión de electrones para formar parte de una gran nube electrónica que amalgama los núcleos de los átomos de los metales (iones positivos). - Atracción electrostática entre los iones formados y dicha nube electrónica.
UNIONES SECUNDARIAS. a) Puentes de hidrógeno Atracción electrostática de los dipolos uniones muy débiles. a) Puentes de hidrógeno -Uniones dipolares -Direccionales b) Uniones de Van der Waals -Separación entre centros de cargas positivas y negativas, originándose un dipolo -Muy débiles -Polímeros, agua líquida a temperatura ambiente
ESTRUCTURA ATÓMICA
ESTRUCTURA CRISTALINA
ESTADO CRISTALINO Y AMORFO ¿ORDEN? o ¿DESORDEN? Ordenamiento de largo alcance Ordenamiento de corto alcance
ESTRUCTURAS CRISTALINAS
CARACTERISTICAS REDES CRISTALINAS. -PÁRAMETROS DE LA RED -Dimensiones y ángulos
CARACTERISTICAS REDES CRISTALINAS. -INDICE DE COORDINACÍÓN: Nº de átomos de idéntica naturaleza que equidistando de uno dado, son sus vecinos más próximos.
CARACTERISTICAS REDES CRISTALINAS. -RADIO ÁTÓMICO. Mitad de la distancia entre los centros de dos átomos contiguos.
CARACTERISTICAS REDES CRISTALINAS. -FACTOR DE EMPAQUETAMIENTO ATÓMICO: Relación entre el volumen que ocupan los átomos y volumen de la celdilla.
CARACTERISTICAS REDES CRISTALINAS. -DENSIDAD TEORICA: Relación entre la masa de átomos que hay en la celdilla y el volumen de la misma. DENSIDADES ATÓMICAS: LINEAL, SUPERFICIAL Y VOLUMÉTRICA -DIRECCIÓN COMPACTA: Dirección en la que cada átomo es tangente al que le precede y al que le sigue. PLANO DE MAXIMA COMPACIDAD: . El que presenta mayor densidad atómica superficia
RED CÚBICA CENTRADA
RED CÚBICA CENTRADA EN LAS CARAS
RED HEXAGONAL COMPACTA
RED HEXAGONAL COMPACTA
INDICES DE MILLER
INDICES DE MILLER
INDICES DE MILLER Plano (110) Plano (111) Intersección con ejes 1 h k l x z y ∞ Intersección con ejes 1 ∞ Recíproco 1 Notación (100) Plano (110) ∞ Plano (111) 1
INDICES DE MILLER
INDICES DE MILLER PLANOS EQUIVALENTES z x z y PLANOS EQUIVALENTES Tienen igual posición relativa, distribución y densidad ató-mica pero con diferente orientación. Se designan { h k l }. Planos (001) Planos (010) Planos (100) { 1 0 0 }
INDICES DE MILLER DE UNA DIRECCIÓN
INDICES DE MILLER EN LOS CRISTALES HEXAGONALES
INDICES DE MILLER DISTANCIA ENTRE PLANOS En ocasiones es útil conocer la distancia interplanar de una misma familia de planos, esta distancia se halla así: Estructuras cúbicas Estructura hexagonal
INDICES DE MILLER SISTEMAS DE DESLIZAMIENTO - SISTEMA DE DESLIZAMIENTO: es la combinación de un plano y una dirección que se halla sobre el plano a lo largo del cual se produce el deslizamiento. -MECANISMO DE DESLIZAMIENTO: puede definirse como el movimiento paralelo de dos regiones cristalinas adyacentes, una respecto a la otra, a través de algún plano (o planos). Los cristales CCC poseen 12 sistemas de deslizamiento debido a que tienen cuatro grupos {111} y con tres direcciones <110> en cada una. Cu, Al, Ni, Pb, Au, Ag,
INDICES DE MILLER OBSERVACIONES GENERALES DE GRAN IMPORTANCIA EN SISTEMAS DE DESLIZAMIENTO. -Las direcciones de deslizamiento se presentan siempre en la dirección de empaquetamiento compacto. -El deslizamiento ocurre usualmente sobre la mayoría de los planos compactos. Esta observación está relacionada con el hecho de que los planos empaquetados más densamente también son el grupo de planos (hkl) ocupados, que tienen el espaciamiento más amplio. -El deslizamiento se produce primero sobre el sistema de deslizamiento que tiene el mayor esfuerzo de corte a lo largo de su dirección de deslizamiento.
SISTEMAS CCC Y CC. ESTUDIO DE HUECOS
SISTEMA CCC. ESTUDIO DE HUECOS. HUECOS OCTAÉDRICOS:
SISTEMA CCC. ESTUDIO DE HUECOS. HUECOS OCTAÉDRICOS: CENTRO DEL CUBO 1 CENTRO DE LA ARISTA 12/4 = 3 TOTAL: 4 HUECOS POR CELDILLA 1 HUECO POR ÁTOMO
SISTEMA CCC. ESTUDIO DE HUECOS. HUECOS TETRAÉDRICOS: =
SISTEMA CCC. ESTUDIO DE HUECOS. HUECOS TETRAÉDRICOS: UNO EN CADA CUADRANTE DEL CUBO TOTAL: 8 HUECOS POR CELDILLA 2 HUECOS POR ATOMO
SISTEMA CC. ESTUDIO DE HUECOS B M HUECOS TETRAÉDRICOS:
SISTEMA CC. ESTUDIO DE HUECOS B M HUECOS TETRAÉDRICOS: 4 huecos por cada cara del cubo, compartidos por 2 celdillas TOTAL: 12 HUECOS POR CELDILLA 6 HUECOS POR ÁTOMO
SISTEMA CC. ESTUDIO DE HUECOS HUECOS OCTAÉDRICOS:
SISTEMA CC. ESTUDIO DE HUECOS HUECOS OCTAÉDRICOS: 1 HUECO EN EL CENTRO DE CADA CARA 3 1 HUECO EN EL CENTRO DE CADA ARISTA 3 TOTAL: 6 HUECOS POR CELDILLA 3 HUECOS POR ÁTOMO
SISTEMA CC. ESTUDIO DE HUECOS HUECOS OCTAEDRICOS HUECOS TETRAEDRICOS
SISTEMA CC. ESTUDIO DE HUECOS
POLIFORMISMO POLIFORMISMO Capacidad de una sustancia para presentarse con diferentes estructuras cristalinas.
POLIFORMISMO En el diamante, cada átomo de carbono está unido a otros cuatro en forma de una red tridimensional muy compacta (cristales covalentes), de ahí su extrema dureza y su carácter aislante. En el grafito los átomos de carbono están distribuidos en forma de capas paralelas separadas entre sí mucho más de lo que se separan entre sí los átomos de una misma capa. Debido a esta unión tan débil entre las capas atómicas del grafito, los deslizamientos de unas frente a otras ocurre sin gran esfuerzo, y de ahí su capacidad lubricante, su uso en lapiceros y su utilidad como conductor.
POLIFORMISMO ALOTROPÍA ESTADOS ALOTRÓPICOS Propiedad que tienen algunos materiales de modificar su estructura cristalina con cambios de temperatura y presión. ESTADOS ALOTRÓPICOS CC 1539ºC CCC 1400ºC 910ºC Curie 770ºC
ESTRUCTURAS DE CERÁMICOS SENCILLOS TIPO AB A = Catión B = Anión Nº A = Nº B Cloruro sódico NaCl, MgO, MnS. Índice de coordinación: 6 Sulfuro de Zn ZnS, ZnTe, SiC. Índice de coordinación 4. Cloruro de Cesio CsCl Índice de coordinación: 8
ESTRUCTURAS DE CERÁMICOS SENCILLOS TIPO AmXp. TIPO AB2 Índice de coordinación: 8
ESTRUCTURAS DE CERÁMICOS SENCILLOS TIPO AmBnXp. Diferentes tipos de cationes A, B BaTiO3 Perovskita.
ESTRUCTURAS DE CERÁMICOS SENCILLOS SILICATOS
ESTRUCTURAS DE POLIMEROSS