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3. Estructura y Geometría Cristalinas
3.1. Redes espaciales y celdas unitarias
La importancia en la ingeniería de la estructura física de los materiales sólidos depende
principalmente de la disposición de los átomos, iones o moléculas que constituyen el sólido
y de las fuerzas de enlace entre ellos. Si los átomos o iones de un sólido se ordenan de una
disposición que se repite en tresdimensiones, forman un sólido del que se dice tiene una
estructura cristalina y nos referimos a él como un sólido cristalino o material cristalino.
Ejemplos de materiales cristalinos son metales, aleaciones y algunos materiales cerámicos.

Fig. 3.1 (a) Retículo espacial de un sólido cristalino ideal. (b) Celdilla unidad
con indicación de las constantes reticulares.

El ordenamiento atómico en lossólidos cristalinos puede representarse asimilando
los átomos a los puntos de intersección de una red de líneas en tres dimensiones. Tal red se
llama retículo espacial (fig. 3.1a) y puede ser descrita como una disposición de puntos
tridimensional infinita. Cada punto en la red espacial tiene idéntico entorno. En un cristal
ideal, la agrupación de puntos reticulares alrededor de cualquierpunto dado es idéntica con
la agrupación en torno a cualquier otro punto reticular en la red cristalina. Cada red espacial
puede ser descrita de este modo, especificando las posiciones atómicas en una celda unidad
que se repite, tal como la que se ha perfilado en la figura 3.1a. El tamaño y la forma de la
celda unidad puede describirse por tres vectores reticulares a, b y c, que se originan apartir
de un vértice de la celda unidad (fig.3.1b). Las longitudes axiales a, b, y c y los ángulos
inter-axiales α, β y γ son las constantes reticulares.
3.2. Sistemas Cristalinos y Redes de Bravais
Asignando valores específicos para las longitudes axiales y los ángulos inter-axiales, se
pueden construir deferentes tipos de celda unidad. Los cristalógrafos han mostrado que son
necesarias sólosiete tipos diferentes de celda unidad para crear todas las redes puntuales.
Estos sistemas se recogen en la tabla 3.1.
La mayor parte de estos siete sistemas cristalinos presentan variaciones de la celda
unidad básica. A. J. Bravais mostró que las 14 celdas unidad estándar podían describir
todas las estructuras reticulares posibles. Estas redes de Bravais se ilustran en la figura 3.2.
Haycuatro tipos básicos de celda unidad: (1) Sencilla, (2) Centrada en el cuerpo, (3)
Centrada en las caras, y (4) Centrada en la base.
En el sistema cúbico hay tres tipos de celda unidad: cúbica sencilla, cúbica centrada
en el cuerpo y cúbica centrada en las caras. En el sistema ortorrómbico están representados
los cuatro tipos. En el sistema tetragonal hay sólo dos: sencilla y centrada en elcuerpo. La
celda unidad tetragonal centrada en las caras parece que falta, pero se puede formar a partir
de cuatro celdas unidad tetragonales centradas en el cuerpo. El sistema monoclínico tiene
celdas unidad sencilla y centrada en la base, y los sistemas romboédrico, hexagonal y
triclínico tiene sólo una celda unidad.
3.3. Principales estructuras cristalinas metálicas
En este capítulo sediscutirán con detalle las principales estructuras de metales elementales.
La mayoría de los metales elementales (cerca del 90%) cristalizan en tres estructuras
cristalinas densamente empaquetadas: cúbica centrada en el cuerpo (BCC) (fig. 3.3a),
cúbica centrada en las caras (FCC) (fig. 3.3b) y hexagonal compacta (HCP) (fig. 3.3c). La
estructura HCP es una modificación más densa de la estructuracristalina hexagonal sencilla
(fig. 3.2). La mayor parte de los metales cristaliza en estas estructuras densamente
empaquetadas debido a que se libera energía a medida que los átomos se aproximan y e
enlazan cada vez más estrechamente entre sí. De este modo, dichas estructuras densamente
empaquetadas se encuentran en disposiciones u ordenamientos de energía cada vez más
baja y estable.
El...