Fundamentos ciencia materials

Fonaments de Ciència de Materials

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Tema 1

1.1 Estructura atómica:

Átomo- Protones (p+) Número atómico (Z) = nº protones
- Neutrones (n) Número másico (A) = nº protones + neutrones
- Electrones (e-) Isotopos = ± neutrones de lo normal
Mol = 6’023·1023 partículas

1.2 Estructura electrónica:

Distribución de los electrones en el átomo. Esta depende de losnúmeros cuánticos.
Nivel | Subnivel | Orbital | Nº e- |
1 | 0 | 1 (s) | 2 |
2 | 01 | 1 (s)3 (p) | 26 |
3 | 012 | 1 (s)3 (p)5 (d) | 2610 |
4 | 0123 | 1 (s)3 (p)5 (d)7 (f) | 261014 |

Orbital: volumen del espacio ocupado por 2e-.

s, p : externos d, f : internos

Electrones de valencia: electrones situados en las capas exteriores (s, p). Los elementos tienden la estabilidad química, esdecir, tener estas capas con 8e- y así asemejarse a los gases nobles.

1.3 Enlace atómico:

La fuerza de los enlaces depende de la atractiva (p+) y de la repulsiva (e-).

d Fed d=0 => máximo;distancia de enlce.

E=-∞doFe dd => Energia de enlace
Cuanta más energía haya más calor se debe aportar.

Enlaces fuertes :
- iónico: entre los que están cerca de los 8e-; no esdireccional; forma estructuras 3D; átomos “inmóviles”.
+ Duros, frágiles y aislantes.

- covalente: comparten electrones.
+ Aislantes, direccionales y duros (redes) o blandos (enlaces discretos).

- metálico: cesión de e-; suelen tener 2; forman estructuras 3D a partir de núcleos; átomos móviles.
+ Dúctiles, blandos o duros, conductores y corrosivos.

Enlaces débiles o secundarios:mediante dipolos: carga neutra con carga interior.
- dipolos inducidos: dos moléculas iguales (normalmente gases) se enlazan por pequeñas irregularidades.

- dipolos permanentes: al desplazar sus e- y recibir otros, se desplaza la carga polar.

*Se pueden hacer enlaces fuertes en general y débiles en el interior.
Tema 2

2.1 Estructura amorfa:

Esquemas con orden NO repetitivo. Cerámicos,vidrios. Transparentes.

2.2 Estructura cristalina:

Esquemas cuyos átomos siguen una estructura repetitiva. Cerámicos, metales, polímeros. No transparentes.

- Se debe encontrar un patrón repetitivo: celdilla unidad. Hay 7 estructuras (3 cubicas, 1 hexagonal…)

+ Cúbica simple (CS)
a = parámetro de red => 2·rA
nº de átomos en el interior => 18·8=1
Factor de Empaquetamiento Atómico(FEA) =volumen atómicovolumen total
nº de coordinación (átomos que envuelven uno) = 6

+ Cúbica centrada en el cuerpo (BCC)
a = parámetro de red => 4rA=a·3
nº de átomos en el interior => 18·8+1=2
Factor de Empaquetamiento Atómico (FEA) =volumen atómicovolumen total
nº de coordinación (átomos que envuelven uno) = 8

+ Cúbica centrada en las caras (FCC)
a = parámetro de red=> 4rA=a·2
nº de átomos en el interior => 18·8+12·6=4
Factor de Empaquetamiento Atómico (FEA) =volumen atómicovolumen total
nº de coordinación (átomos que envuelven uno) = 12

+ Hexagonal compacta (HC)

nº de átomos en el interior => 16·12+12·2+3=6
Factor de Empaquetamiento Atómico (FEA) =volumen atómicovolumen total=0.74
nº de coordinación (átomos que envuelven uno) = 12Conceptos:
- Familia de planos cristalográficos {h, k, l}
- Familia de direcciones cristalográficos {u, v, w}

- Puede haber cambio de planos y/o rectas según la dirección que tomamos:
+ Anisotrópico: SI hay cambio.
+ Isotrópico: NO hay cambio

- Puede adoptar diferentes cristalizaciones, cosa que condicionará el magnetismo, la dureza, etc.
+ Polimorfismo: dos elementos o más.
+Alotropía: un elemento.

- Estructuras compactas: planos de máxima compacidad (permiten mejor el deslizamiento atómico)
+ HC: abab… (poco dúctil)
+ FCC: abcabc… (muy dúctil)

- Pueden ser:
+ Monocristalinos
+ Policristalinos

2.3 Imperfecciones:

- Puntuales: · vacantes: ausencia de un átomo en la red cristalina. Difusión.
+ Soluciones solidas (átomos de impureza): - Sustitucionales...