04 Apunte de metalurgia f sica

4. 1
4. METALURGIA GENERAL
4.1. ESTRUCTURA CRISTALINA DE LOS METALES
4.1.1. Cristales metálicos
Las propiedades de los metales, tanto físicas
como químicas, dependen del tipo de enlace y
de la estructura cristalina de los mismos. Por lo
que se hace indispensable efectuar una breve introducción de algunos conceptos básicos.
Los átomos de todos los elementos, metálicos o
no, están formados por unnúcleo que contiene
los protones (masa con carga positiva) y los neutrones (masa sin carga), y están rodeados por una
nube electrónica en la cual evolucionan los electrones (carga negativa) tal como se puede ver en
el esquema de la figura 4.1.
Estos átomos en estado gaseoso poseen una gran
movilidad y se encuentran en una disposición
desordenada, al enfriar se condensan pasando al
estado líquido endonde la movilidad disminuye, y en el que se consigue un orden de corto
alcance. Si se continúa enfriando el líquido
solidificará (cristalizará). El sólido formado posee un orden de largo alcance, esto significa que
los átomos se disponen de acuerdo a un patrón
geométrico tridimensional determinado (Fig.
4.2).

Fig.4.1. Representación esquemática de la densidad de la nube electrónica en un átomode magnesio.

4.1.2. Unión metálica
Las propiedades características de los metales,
tanto físicas como químicas, son compartidas
muchas veces por los elementos no metálicos.
La propiedad que caracteriza en forma inequívoca a los metales resulta no demasiado evidente en primera aproximación, la misma se refiere
a la forma en que se relacionan los átomos metálicos en estado sólido, esto es la uniónmetálica.
La unión metálica está caracterizada porque los
núcleos del metal se encuentran ocupando lugares determinados y fijos, y los electrones de
valencia (última capa) forman una nube electrónica que los rodea, siendo de esta forma los
electrones compartidos por todos los núcleos

Fig.4.2. Disposiciones atómicas en los estados sólido
y líquido. En el estado líquido pequeños grupos de
átomosposeen un cierto orden, pero sólo en el estado
sólido los átomos se disponen de acuerdo con un patrón geométrico determinado.

4. 2
vecinos. Es decir que en cada momento los átomos son neutros, empleando
para ello los electrones que se hallan
más cerca en ese instante. Es por esto
que generalmente a los iones metálicos
que ocupan un nodo en la red se le dan
el nombre de átomos. Estos electroneslibres o deslocalizados son los que mantienen unidos a los átomos, permiten la
deformación de los metales en forma
ductil (sin romper) y determinan la buena conductividad eléctrica que poseen
los metales.
Recordemos que en la naturaleza hay 2
clases de uniones, las fuertes (entre átomos) y las débiles (entre moléculas), se
presentan comúnmente 3 tipos de uniones fuertes: iónica , metálica, covalente
y1 débil: formación de dipolos transitorios o permanentes (Van der Waals,
puente de hidrógeno, etc.) (Fig.4.3).
La distancia de equilibrio entre los átomos está dada por la energía interna mínima, originada en las fuerzas de repul- Fig.4.3. Ilustraciones esquemáticas de la naturaleza de los 4
tipos de uniones en sólidos.
sión y de atracción entre los mismos.
Al distribuirse los átomos metálicosespacialmente forman una red cúbica tridimensional (Fig.4.4),
en la que los atomos metálicos ocupan los nodos (intersecciones). En general los metales sólidos poseen estructuras (celdas)
simples, siendo las mismas: cúbica centrada en el cuerpo (cc o
bcc), cúbica centrada en las caras (ccc o fcc) y hexagonal compacta (hc o hcp) (Fig.4.5).
Algunos metales en estado sólido pueden presentar más de unaestructura cristalina, dependiendo de la temperatura, a estas variaciones en la estructura cristalina se las conoce como “transformaciones alotrópicas”.
Uno de los metales más conocido en el que se presenta este fenómeno es el hierro (Fig.4.6). El Hierro α, que posee una estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc), que contiene 2 átomos por
celda, siendo el parámetro de red de 0,286 nm. Al...