estructuras cristalograficas

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Universidad de Antofagasta, Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería

ESTRUCTURA DE LOS SÓLIDOS CRISTALINOS

3.1. INTRODUCCIÓN
En este capitulo se discute el nivel de la estructura de los materiales : la disposición
adoptada por los átomos en el estado sólido. En este contexto se introducen los
conceptos de cristalinidad y no cristalinidad. En los sólidos cristalinos sepresenta la
noción de estructura cristalina en términos de la celdilla unidad. Se detallan las tres
estructuras cristalinas más frecuentes en los metales en función de planos y direcciones
cristalográficas. Se consideran los materiales como mono-cristalinos, policristalinos
y no cristalinos.
ESTRUCTURA CRISTALINA
3.2. CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Los materiales sólidos se pueden clasificar según laregularidad con que se sitúan, unos
respecto de otros, los átomos o iones. En un material cristalino, los átomos se sitúan en
una disposición repetitiva o periódica a lo largo de muchas distancias atómicas; es
decir, existe un orden de largo alcance tal que, al solidificar el material, los átomos se
sitúan según un patrón tridimensional repetitivo, en el cual cada átomo está enlazado
con suvecino más próximo. Los metales, muchas cerámicas y ciertos polímeros
adquieren estructuras cristalinas en condiciones normales de solidificación. El orden de
largo alcance no existe en los materiales que no cristalizan. Estos materiales
denominados no cristalinos o amorfos, se discuten brevemente al final de este capítulo.
Algunas propiedades de los sólidos cristalinos dependen de laestructura cristalina del
material; es decir, de la ordenación espacial de átomos, iones y moléculas. Hay un
número muy grande de estructuras cristalinas diferentes que tienen, todas ellas, orden
atómico de largo alcance. Estas estructuras varían desde las relativamente simples de
los metales a las excesivamente complejas de los materiales cerámicos y poliméricos.
La presente discusión abarca variasde las estructuras cristalinas de los metales más
corrientes.
Al describir la estructura cristalina se consideran los átomos (o iones) como esferas
sólidas con diámetros muy bien definidos. Es el denominado modelo atómico de esferas
rígidas, en el cual las esferas representan átomos macizos en contacto. La Figura 3.1c
muestra un ejemplo de la disposición atómica de alguno de los metaleselementales
más corrientes mediante el modelo de las esferas rígidas. En este caso, todos los
átomos son idénticos. En el contexto de las estructuras cristalinas a menudo se utiliza la
palabra red; en este sentido “red” significa disposición tridimensional de puntos
coincidentes con las posiciones de los átomos (o centros de las esferas).

Ciencia de los Materiales. Estructura de los sólidoscristalinos

Prof. Dr. Herman Ochoa M.

Universidad de Antofagasta, Facultad de Ingeniería. Departamento de Ingeniería

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Figura 3.1 Estructura cristalina cúbica centrada en las caras: (a) representación de la
celdilla unidad mediante esferas rígidas, (b) celdilla unidad representada mediante
esferas reducidas y (c) agregado de muchos átomos.
3.3. CELDILLA UNIDAD
El orden atómico de lossólidos cristalinos indica que grupos de pocos átomos forman
un patrón que se repite en el espacio. Al describir la estructura cristalina conviene
dividirla en las pequeñas entidades, que se repiten, llamadas celdillas unidad. La
celdilla unidad de la mayoría de las estructuras cristalinas son paralelepípedos o
prismas con tres conjuntos de caras paralelas.
En la Figura 3.1, y dentro delagregado de esferas, se ha dibujado una celdilla, que en
este caso es un cubo. La celdilla unidad se elige para representar la simetría de la
estructura cristalina, de modo que las posiciones de los átomos en el cristal se puedan
representar desplazando a distancias discretas la celdilla unidad a lo largo de los ejes.
De este modo, la celdilla unidad es la unidad estructural fundamental y define...