Estructuras cristalinas

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Fº manuel mateos ballano

Estructuras Cristalinas

Para poder comprender las propiedades de los materiales, y poder por tanto seleccionar el material idóneo para una aplicación específica, se hace necesario comprender la estructura de los materiales.
La comprensión de la estructura de los materiales se logra a través de modelos. Los modelos no son más que hipótesis o planteamientos teóricosque han sido demostrados y validados con experimentos o simulaciones, y que se aceptan como verdaderos mientras no se pueda demostrar lo contrario (un ejercicio de fe, como creer en dios vamos). Los modelos que se utilizan para comprender los fenómenos naturales han ido evolucionando y perfeccionándose con el tiempo, a medida la tecnología ha permitido que los métodos experimentalessean más elaborados facilitando la recolección de más y mejores datos.

El modelo sobre la estructura de los materiales que se acepta como válido en la actualidad consiste básicamente en lo siguiente:

1. Los materiales están formados por átomos.

2. Se considera que los átomos se comportan como esferas sólidas.

3. Átomos de diferente naturaleza química se modelan como esferas de diferentetamaño. El tamaño de las esferas se define por su radio. Por ejemplo, por medio de experimentos se ha comprobado que los átomos de Hierro se comportan como esferas de 0.124 nm de radio (1 nm = 10-9 m), mientras que los átomos de Carbono se comportan como esferas de 0.071 nm de radio. Esas diferencias en el radio atómico se explican por la diferencia en el número de electrones que poseen loselementos químicos (el Hierro posee más electrones que el Carbono, por eso el átomo de Hierro es más grande que el de Carbono), así como por el hecho que los electrones se mueven en órbitas diferentes alrededor del núcleo atómico (recuerde que los electrones ocupan niveles de energía diferentes en el átomo).

4. Los átomos (las esferas) se enlazan entre sí para dar cohesión al material. Lascaracterísticas del enlace son diferentes dependiendo del tipo de material (metales: enlace metálico, cerámicas: enlace iónico, polímeros: enlace covalente entre los átomos que forman las moléculas).
En nuestro modelo de esferas sólidas, esto es equivalente a que las esferas estén pegadas entre sí. Tanto el enlace metálico como el enlace iónico tienen naturaleza electrostática, lo cual significa que lasfuerzas que mantienen unidos a los átomos son generadas por cargas eléctricas. Esto hace que el enlace que une a los átomos se comporte de manera elástica, es decir, al intentar separar los átomos el enlace que los une puede estirarse como si fuera un hule o resorte.
Para nuestro modelo entonces, un material no es más que un conjunto de esferas sólidas unidas entre sí por medio de resortes.

5.La forma como los átomos se agrupan entre sí no es aleatoria en todos los
materiales. Se tienen tres posibilidades:

a. Los átomos se unen unos a otros sin seguir un orden o patrón definido. La posición de cada átomo en el material es aleatoria. A los materiales que tienen esta característica se les llama Materiales Amorfos. El vidrio y la mayoría de plásticos son materiales amorfos.

b. Losátomos se unen entre sí siguiendo un patrón definido en todo el material.
Un ejemplo de esto es la forma como se colocan los ladrillos para formar una
pared. El patrón de ordenamiento es repetitivo y regular, extendiéndose por
todo el material. A los materiales que tienen esta característica se les llama
Materiales Cristalinos. Los metales, los semiconductores y la mayoría de
cerámicas sonMateriales Cristalinos.

c. Algunos materiales pueden tener partes cristalinas (átomos ordenados
siguiendo un patrón) y partes amorfas (átomos colocados de manera
aleatoria). En este caso se considera que los átomos tienen un orden de
corto alcance (en los materiales cristalinos el orden se define como de largo
alcance). Dependiendo del tamaño de las zonas cristalinas, estos materiales...
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