ESTRUCTURA CRISTALINA El grafito es negro, blando y un lubricante excelente, lo que sugiere que sus átomos deben estar distribuidos (empaquetados) de un modo que puedan entenderse sus propiedades. Sin embargo, el diamante es transparente y muy duro, por lo que debe esperarse que sus átomos estén muy fijamente unidos. En efecto, sus estructuras sub-microscópicas (a nivel atómico) dan cuenta de sus diferencias. 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. Sin embargo, 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.
INTRODUCCION Cuando los metales se enfrían desde el estado liquido y se solidifican, forman una estructura cristalina llamada celda o estructura espacial. Si se trazan líneas imaginarias para unir los centros de los átomos, esta recibe el nombre de red cristalina.
ESTRUCTURAS CRISTALINAS UNITARIAS Se puede describir una red cristalina como una formación repetitiva de bloques unitarios en toda la estructura. A estos bloques se les llama estructuras unitarias. Los metales se solidifican en 14 estructuras cristalinas conocidas, pero la mayoría de los metales de importancia comercial se solidifican solo en tres tipos de estructuras cristalinas. Estas son : la estructura cubica centrada en el cuerpo (bcc) la cubica centrada en las caras (fcc) y la hexagonal compacta (hc)
CELDAS UNITARIAS
CUBICA CENTRADA CUBICA CENTRADA EN LAS CARAS CUBICA SIMPLE EN EL CUERPO CUBICA SIMPLE Si se supone que los átomos son como esferas diminutas que casi tocan a sus vecinas mas cercanas, tres estructuras comunes se verían como las figuras anteriores.
ESTRUCTURAS CRISTALINAS DE ALGUNOS METALES COMUNES bcc: Aluminio, hierro alfa, molibdeno, niobio, Tántalo,, tungsteno, vanadio. Fcc: Cobre, oro, plomo, níquel, platino, plata, Hc: Berilio, cadmio, cobalto, magnesio, titanio, zinc, circonio. Romboédrico: Antimonio bismuto . Tetragonal: estaño . Cubica: Silicio, manganeso .
ESTRUCTURAS CRISTALINAS UNITARIAS En el enlace metálico, la maleabilidad máxima y otras propiedades necesarias, son mejores cuando los átomos están estrechamente distribuidos como en las estructuras cubicas centradas en el cuerpo las cuales forman un cubo con un átomo en el centro. La estructura cubica centrada en las caras es aun superior para la deformación. La estructura unitaria hexagonal compacta tiene algunos planos entre los cuales el espacio es muy reducido, pero en otra dirección los átomos están separados por distancias aun mayores que la bcc y fcc, ocasionando que estos metales tengan una conformación deficiente.
ESTRUCTURAS CRISTALINAS UNITARIAS Algunos materiales tienen dos o mas estructuras bajo diferentes condiciones como el cambio de la temperatura, a este tipo de material se le llama alotrópico. Carbono: Amorfa (carbón de madera, negro de humo y carbón mineral ) El grafito y el diamante. Hierro Abajo de 704 ⁰C el hierro es bcc y se le llama ferrita o hierro alfa (α) El cual es ferro magnético. Se transforma en no magnético a la temperatura de 782 ⁰C llamado hierro beta (β) Entre 908 y 1401 ⁰C el hierro es fcc y se le llama austenita o hiero (γ). Entre 1401 y 1538 ⁰C el hierro es bcc y se le llama hierro delta (δ)
Curva de enfriamiento para el hierro puro Liquido Transformaciones alotrópicas 1538 ⁰C Hierro delta bcc 2454 ⁰F 1401⁰C Austenita, no magnética, fcc Temperatura 1666 ⁰F 908 ⁰C Ferrita, no magnética, bcc Las líneas horizontales representan el tiempo requerido para que se efectué la transformación de una fase a otra. Bajo condiciones de enfriamiento se libera calor durante la transformación. Al calentarse se absorbe energía térmica durante la transformación. 1414 ⁰F 768 ⁰C Ferrita, magnética, bcc Tiempo
FORMACION DE DENDRITAS Al comenzar la solidificación de metal fundido, el arreglo de la estructura cristalina adopta el modelo característico para ese metal. Cada estructura unitaria se forma sobre otra para dar lugar a formaciones de cristales que se asemejan a arboles de pino. Estas estructuras, a las que se llama dendritas, comienzan a crecer a partir de cristales iniciadores, o bien de partículas que le sirven de núcleos como las impurezas. Usualmente se agrega aluminio al acero fundido para afinar el grano y eliminar el oxigeno disuelto en el metal fundido. Las partículas de oxido de aluminio son tan numerosas que muchos cristales comienzan a crecer a partir de estos núcleos y consecuentemente, el metal contiene mas granos que los que contendría normalmente. También el enfriamiento lento estimula los granos grandes y el enfriamiento rápido la formación de granos mas pequeños.