CIENCIA MATERIALES 03 SEMANA 02 AL 06 NOVIEMBRE 2015

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE
FACUTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS
CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
CIENCIA DE LOS MATERIALES
TEMA: Estructura cristalina
SEMANA: 02 al 06 noviembre 2015
META DE APRENDIZAJE: Relacionar con la estructura cristalina de un material, con las
propiedades de un material.
MARCO TEÓRICO
La estructura de un material puede ser examinada en cuatro niveles:estructura atómica, arreglo
de los átomos, microestructura y macroestructura. La estructura atómica influye en la forma
que lo átomos se unen entre sí, esto permite clasificar los materiales como metales,
semiconductores, cerámicos y polímeros; la estructura atómica influye en relación a sus
propiedades mecánicas y el comportamiento físico de estos materiales.
ENERGÍAS DE ENLACE Y ESPACIAMIENTOINTERATÓMICO.
Espaciamiento interatómico. La distancia de equilibrio entre átomos se debe a un equilibrio
entre fuerzas de repulsión y de atracción. En el caso del enlace metálico, por ejemplo, la
atracción entre electrones y cuerpos centrales atómicos es contrarrestada por la repulsión entre
los núcleos de los átomos. El espaciamiento de equilibrio ocurre cuando la energía total del par
de átomos llega a unmínimo o cuando ya ninguna fuerza neta actúa, sea para atraer o para
repeler los átomos.

El espaciamiento interatómico en un metal sólido es igual a l diámetro, es decir dos veces el
radio atómico r. No podemos, sin embargo, utilizar este método tratándose de materiales con
enlaces iónicos, dado que el espaciamiento es la suma de dos radios iónicos.
En la figura anterior el valor mínimo de laenergía es la energía de unión, es decir, la energía
requerida para crear o romper el enlace. En consecuencia, los materiales que tengan una energía

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de enlace elevada, también tendrán gran resistencia y una elevada temperatura de fusión. Los
materiales con enlace iónico tienen una energía de unión particularmente grande, en razón de
la gran diferencia en electronegatividad entre iones (tabla2-2); los metales tienen energías de
unión menores, dado que la electronegatividad de los átomos son similares.

Otras propiedades se pueden relacionar con las gráficas de fuerza-distancia y energía-distancia
de la figura anterior. Por ejemplo el módulo de elasticidad de un material que permite calcular
la deformación de un material al aplicársele una fuerza, está relacionado con la pendiente de lacurva fuerza-distancia. Una pendiente abrupta, que se correlaciona con una energía de enlace
más alta y un punto de fusión mayor, significa que se requiere de una fuerza mayor para separar
los átomos; por lo que este material tendrá un módulo de elasticidad alto.
El coeficiente de expansión térmica, que determina cuánto se expandirá o se contraerá un
material al modificar su temperatura, tambiénestá relacionado con la fuerza de los enlaces
atómicos. A fin de que se muevan los átomos desde su espaciamiento de equilibrio, se deberá
introducir energía al material. En un material cuya gráfica energía-separación atómica (figura)
presenta una depresión estrecha y profunda debido a un fuerte enlace atómico, los átomos se
separarán menos y tendrán un coeficiente de expansión térmica bajo. Losmateriales con un
coeficiente de expansión térmica bajo mantienen sus dimensiones con mayor precisión.

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EJEMPLO

Señor estudiante revise energía interna y espaciamiento interatómico en (Askeland,
pp. 30-33)
ESTRUCTURA CRISTALINA.
Como los átomos tienden a adoptar posiciones relativamente fijas, esto da lugar a la formación
de cristales en estado sólido. Los átomos oscilan alrededor de puntos fijos yestán en equilibrio
dinámico más que fijos estáticamente. La red tridimensional de líneas imaginarias que conecta
los átomos se llama red espacial, en tanto que la unidad más pequeña que tiene la simetría total
del cristal se llama celda unitaria. La celda unitaria específica para cada metal está definida por
sus parámetros, que son las orillas o bordes de la celda unitaria a, b, c y los...