Arreglos atómicos e iónicos Con finalidad de estudiar la microestructura y propiedades de un material, es importante conocer sus arreglos de átomos y de iones. En importante tener en cuenta la clasificación de los materiales en base a sus arreglos atómicos o iónicos y se describirán los arreglos en los sólidos cristalinos de acuerdo con la estructura de red, base y cristalina. Orden según alcance: Los estados de la materia definen cuatro clases de arreglos atómicos o iónicos:

Carentes de orden: Si recordamos el concepto de gas monoatómico, como aquel que cuyos átomos no están unidos entre sí, como el argón (Ar) o el plasma que se forma en un tubo de luz fluorescente, podemos observar que los átomos o los iones no tienen arreglo ordenado. Estos materiales llenan todo el espacio disponible en la superficie que los contiene.

Orden de corto alcance Cuando el arreglo especial de los átomos sólo se extiende en su vecindad inmediata, el material tiene un orden de corto alcance (SRO). En los vidrios inorgánicos se observa esta peculiaridad. Muchos polímeros muestran también arreglos atómicos de corto alcance.

Orden de largo alcance: El arreglo atómico de largo alcance (LRO) abarca escalas de longitud mucho mayores de 100 nanómetros. Los átomos o los iones en estos materiales forman un patrón regular y repetitivo, semejante a una red en tres dimensiones. De ahí se derivan los materiales cristalinos. Cuando un material cristalino está formado de un solo cristal grande, se le llama monocristal. La mayoría de los metales y aleaciones, los semiconductores, los cerámicos y algunos polímeros tiene una estructura cristalina donde los átomos o iones muestran este tipo de alcance de extensiva longitud. Los policristalinos están formados de pequeños cristales y cuantiosos orientados diversamente con respecto al espacio.

Cristales líquidos Estos materiales, básicamente poliméricos, tienen un orden especial. En función de diferentes estados pueden comportarse como materiales amorfos, en semejanza a los líquidos. Cuando se someten a cargas eléctricas, como un tipo de estímulo externo, algunas moléculas de polímero se alinean y forma pequeñas regiones que son cristalinas.

Materiales Amorfos Los materiales amorfos son caracterizados por el orden de corto alcance, no son cristalinos. El arreglo periódico que caracteriza a la mayoría de los materiales les ayuda a estabilizarse termodinámicamente. Sin embargo, los materiales amorfos carecen te esta particularidad, y tienen a formarse cuando por una u otra razón, la cinética del proceso de obtención de los mismos no permite la formación de los arreglos periódicos. Así por ejemplo, los vidrios, principalmente formados por cerámicos y poliméricos, son materiales amorfos. Algunos geles poliméricos también pueden considerarse amorfas. La mezcla inusual de sus propiedades arroja átomos irregularmente repetidos en su composición. existen muchos plásticos amorfos, algunos con ligeras porciones de materiales cristalinos. El tereftalato de polietileno PET es usado en la conformación de botellas de bebidas gaseosas que se obtienen mediante el moldeado por soplado y estirado.

Redes, celdas unitarias, bases y estructuras cristalinas Una red describe el arreglo de los átomos o iones a lo largo de un material. Es una colección de puntos, llamados puntos de red, ordenados en un patrón periódico de modo que los alrededores de cada punto de la red son idénticos. Puede ser unidimensional, bidimensional o tridimensional. Al grupo de uno o más átomos organizados en forma determinada entre sí, y a la vez asociados a un punto de red, se le llama motivo o base. Una estructura cristalina es la reunión de base y red La red de un material se subdivide en pequeñas porciones, y se obtiene la celda unitaria, que conserva las características secuenciadas de toda la red, y que con ésta puede construirse toda la red.

Parámetros cristalinos Sistema cristalino Ejes Ángulos entre ejes Cúbico a = b = c α = β = γ = 90° Tetragonal a = b ≠ c Ortorrómbico a ≠ b ≠ c ≠ a Hexagonal α = β = 90°; γ = 120° Trigonal (o Romboédrica) α = β = γ ≠ 90° Monoclínico α = γ = 90°; β ≠ 90° Triclínico α ≠ β ≠ γ α, β, γ ≠ 90°

Cantidad de átomos por celda unitaria En forma particular, la celda unitaria se define con una cantidad específica de puntos de red. Los vértices de las celdas son fácilmente identificables y las posiciones centrada en el cuerpo (que está en el centro de la celda), centrada en las caras (que está en los centros de los seis lados de la celda). Una vez se cuenta la cantidad de puntos de red que pertenecen a cada celda, se debe tener presente que ese punto a su vez, puede estar compartido por más de una celda unitaria. Un punto de red en un vértice de una celda unitaria está compartido a su vez por ocho celdas. Sólo un octavo de cada punto de red en un vértice pertenece a determinada celda unitaria. Así la cantidad de puntos de red de todas las posiciones en los vértices de una celda unitaria está dado por:

puntos de red/celda unitaria = 8 vértices / (1/8 de punto por celda)= 1 punto de red /celda unitaria